藤田博昭 生态学研究センター博士課程学生と東樹宏和 同准教授らの研究グループは、多様な微生物種で構成される生態系の構造が劇的に変化する現象を実験室内で再現するとともに、そうした「崩壊」現象を理論に基づいて事前に予知できることを世界に先駆けて実証しました。
近年、肠内の微生物丛がヒトの健康と密接に関わっていることが明らかになってきています。また、环境工学や持続可能な食粮生产の面で、微生物丛の机能が急速に注目を集めています。その一方で、多种の微生物で构成されるシステムは、极めて复雑な动态を示し、安定的に管理するための基础技术の构筑が课题となってきました。
本研究では、微生物学やゲノム学を元にして得られる微生物丛の动态に関する膨大なデータを、理论生态学と统计物理学?非线形力学を融合したアプローチで分析し、微生物丛が崩壊する危険性を事前に察知可能であることを実証しました。本成果は、多种の微生物が存在するシステムであれば対象を问わず応用することができ、ヒト肠内细菌丛だけでなく、环境?养殖分野における浄化槽管理、环境保全型农业における土壌管理、自然生态系の再生を通じた生物多様性保全、といった分野での技术実装が期待されます。
本研究成果は、2023年3月29日に、国际学术誌「惭颈肠谤辞产颈辞尘别」にオンライン掲载されました。
「本研究では、これまでにない规模の微生物丛动态に関するデータを自分たちで取得するとともに、物理学や数学の専门家との息の长い议论を通じて、『生物群集の未来を予测できるか？』という问いに迫りました。ゲノム学?微生物学?理论生态学?统计物理学?非线形力学にまたがるプロジェクトは前例がなく、多くの困难がありましたが、粘り强く取り组んだからこそ、本质的な科学的テーマに答える成果につながったと感じています。」
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【书誌情报】
Hiroaki Fujita, Masayuki Ushio, Kenta Suzuki, Masato S. Abe, Masato Yamamichi, Koji Iwayama, Alberto Canarini, Ibuki Hayashi, Keitaro Fukushima, Shinji Fukuda, E. Toby Kiers, Hirokazu Toju (2023). Alternative stable states, nonlinear behavior, and predictability of microbiome dynamics. Microbiome, 11:63.
