昆虫の成熟期の年齢と質量を予測する確率モデル

A Stochastic Model for Predicting Age and Mass at Maturity of Insects.

• Geoffrey Legault
• Joel G Kingsolver

抄録

遺伝的背景や環境的背景が同じ個体であっても、成熟時の年齢や質量にばらつきがあることは、個体群ではよく見られます。このような個体間のばらつきを確率モデルで考慮することは、最適な進化戦略を推定したり、ライフサイクルの形質間のトレードオフの可能性を理解したりするために重要である。しかし、ほとんどの研究では、確率モデルは現象学的なものであったり、一つの生命誌形質の変動のみを考慮したものであったりします。本研究では、蛾の発生生物学に基づいたモデルを提案し、2つの重要な生命誌形質である年齢と成熟時の質量の確率性を説明する。このモデルは、摂食行動と、脱皮前の稚児ホルモンの分解を含む一般的な昆虫の発達過程を記述した機械論的なものである。モデルのための合同確率密度関数を導出し、成熟時の年齢と質量の分布が異なるパラメータ値によってどのように影響を受けるかを調べる。その結果、合同分布は一般的に非正規分布であり、パラメータ値に対して非常に敏感であることがわかった。さらに、我々のモデルは、以前に観測された気温の変化と栄養の質が昆虫の年齢と質量の期待値に与える影響を予測していた。この結果は、生命誌モデルに複数の確率論的要因を統合することの重要性を浮き彫りにした。

Variation in age and mass at maturity is commonly observed in populations, even among individuals with the same genetic and environmental backgrounds. Accounting for such individual variation with a stochastic model is important for estimating optimal evolutionary strategies and for understanding potential trade-offs among life-history traits. However, most studies employ stochastic models that are either phenomenological or account for variation in only one life-history trait. We propose a model based on the developmental biology of the moth that accounts for stochasticity in two key life-history traits, age and mass at maturity. The model is mechanistic, describing feeding behavior and common insect developmental processes, including the degradation of juvenile hormone prior to molting. We derive a joint probability density function for the model and explore how the distribution of age and mass at maturity is affected by different parameter values. We find that the joint distribution is generally nonnormal and highly sensitive to parameter values. In addition, our model predicts previously observed effects of temperature change and nutritional quality on the expected values of insect age and mass. Our results highlight the importance of integrating multiple sources of stochasticity into life-history models.