水元惟暁 農学研究科博士課程学生、土畑重人 同助教、阿部真人 国立情報学研究所特任研究員らの研究グループは、オスとメスが互いに探索しあう状況を想定した理論モデルを構築し、探索時間が限られているときにはオスとメスで異なる動き方をするのが双方にとって最適であることを発見しました。また、生物進化を模倣したシミュレーションを行うことで、動き方に性差が生まれることを示しました。今回の研究成果は、ランダム探索問題に双方の利益という視点を導入した点において重要な意味を持ちます。
本研究成果は、2017年5月10日に英国王立協会の学術誌「Journal of the Royal Society Interface」に掲載されました。
研究者からのコメント
探索问题は、人を含めた动物行动における普遍的な问题であり、分子运动や工学などの応用にも直结する幅広い问题です。今回、互いが互いを探索する状况で、互いに异なる动きをすることが最适になりうるということを発见できました。动物の配偶者探索に当てはめると、この理论は、性差がどのように进化したのかについての新たな仮説になると考えています。今后は、実际の动物がこの理论にあてはまるかどうかの実証をしたいと考えています。
概要
どのように动けば、効率よく目的の物を见つけることができるのか。これはランダム探索问题と呼ばれ、动物の探索行动だけでなく、タンパク质の运动から群ロボット、迷い人捜索に至るまで幅広い现象で生じる问题です。これまでの探索理论の研究は、饵を探索する动物がどれだけ多くの饵を得られるか、といった探索者の利益のみを考えるものが大半でした。このため、动物のオスとメスのように、互いの位置情报を持たないが、探索して出会わなければならない状况での効率の良い探索戦略についての知见はほとんどありませんでした。
そこで本研究グループは、オスとメスがそれぞれの動きのパターンで探索しペアが生じたものから探索をやめる、相互探索の状況を考えたシミュレーションモデルを構築しました。動きのパターンにはLevy walk（頻繁に生じる短い直線移動と、稀に生じる長い直線移動からなるパターン）を用いて様々なものを用意しました。そして、限られた制限時間内でそれぞれの動きのパターンをしたオスとメスが出会えたかどうかで、探索効率を計測しました。
1次元空间に1个体のオスとメスがいる状态を考えてシミュレーションを行ったところ、制限时间が短いときには、拡散的な（直线的に动いた）ペアが最大効率に达し、制限时间が长いときには、非拡散的な（频繁に方向転换した）ペアが最大効率を得ました。一方、制限时间が中间的なときには、中间の拡散性を持つペアではなく、拡散的な个体と非拡散的な个体とのペアが最大効率に达しました。また、2次元空间に复数个体がいる状况に拡张しても、制限时间が中间的なときには、集団内に拡散的な个体と非拡散的な个体がいる场合にオス、メスともに最大効率を得ることを确认しました。
図：相互探索シミュレーションの结果。色が赤い部分が高い遭遇率を示す。制限时间（ t max ）が中间のとき、性的に异なる动きをするペアが、遭遇率を最大化できる。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
Nobuaki Mizumoto, Masato S. Abe, Shigeto Dobata (2017). Optimizing mating encounters by sexually dimorphic movements. Journal of the Royal Society Interface, 14(130):20170086.
- 科学新聞（6月2日 4面）に掲載されました。
