東樹宏和 生命科学研究科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が急激にその構造と機能を変化させる現象について、その仕組みを統一的に理解するためのデータ分析手法を体系化しました。
近年、肠内细菌丛や农地土壌の微生物丛などが、人の健康や作物生产、环境浄化に深く関わることが明らかになってきています。その一方で、こうした微生物丛は、一见安定に见えても环境条件の変化に伴って急激に崩壊し、元の状态に戻らない场合があることが知られています。そのため、微生物丛の予测や制御は大きな课题となってきました。
本研究では、理论生态学や统计物理学、非线形力学を用いた分析を比较しつつ、微生物群集の状态変化を「ランドスケープ（地形）」として捉える视点から得られる知见を体系的に整理しました。これにより、群集の安定状态や迁移経路、崩壊のリスクを定量的に评価し、异なる生态系间でその基本的な性质を比较することが可能となります。
特に农业生态系に着目して土壌微生物丛の「群集集合ランドスケープ」を推定したところ、施肥量のある閾値を超えた场合に、作物病害が频発する微生物丛へと不可逆的に移行する现象（ヒステリシス）が见出されました。
本成果は、微生物生态系の机能を安定的に管理するために必要なデータ解析を俯瞰?统合するもので、农业?医疗?环境分野にまたがる幅広い分野での応用が期待されます。
本研究成果は、4月10日に、国際学術誌「The ISME Journal」にオンライン掲載されました。
研究者のコメント
「1种の生物でさえとても复雑な挙动をします。そんな种が数百?数千と集まって形成される微生物丛の振る舞いは絶望的に复雑だと一般的にみなされています。しかし、微生物群集に関する膨大なデータを蓄积し、适切な分析を行えば、システムとしての大局的な挙动を俯瞰し、未来に起こり得ることを予测したり、効率的に管理したりすることが可能となります。
しかし、微生物学や农学といった実际の『モノ』を扱う学问领域と情报や数学といった『コト』を扱う学问领域の间には未だに大きな沟があるようで、『生态系全体を実データから俯瞰し、その駆动原理を探る』というアプローチはまだ确信をもって受け入れられていないのが実情です。これまでに本研究室から世の中に送り出そうとしてきた研究成果も、投稿した科学誌から『このような复数领域の専门性を必要とする研究を评価できる査読者（评価者）がみつからない』という理由で査読さえしてもらえないことがありました。こうした状况を打开するため、世界中の研究者に向けて発信する目的で执笔したのが本论文です。
今后も、生态系が本来持つ机能を最大限に活かす道を农业?医疗?工业?环境分野に提示するとともに、世界中で劣化してしまった生态系を迅速に再生する道を探る试みを続けていきたいと思います。」
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【书誌情报】
Hirokazu Toju, Kenta Suzuki, Martina Sánchez-Pinillos, Genta Shima, Takuya Kageyama, Ibuki Hayashi, Mikihito Noguchi, Hiroaki Fujita, Yoshiyuki Goto, Shinji Nakaoka, Masayuki Ushio, Yasunori Ichihashi, W. Florian Fricke, Kenji Mizumoto, Lena Takayasu, Wataru Suda, Misako Takayasu, Masato Yamamichi, Wolfram Weckwerth (2026). Microbiome assembly statistics toward ecosystem-scale insights, forecasting, and management. The ISME Journal, 20, 1, wrag085.
