複雑性科学と進化ユニット

人間の幸福と生態系サービスを支配するシステムは複雑であり、非線形のフィードバック、非平衡動態、複数のスケール、出現現象、転換点、そしてシステムリスクを含んでいます。このような複雑なシステムの構造と機能は自己組織化と適応によって駆動されており、複雑性科学は自己組織化がシステムエージェント間の相互作用構造をどのように形成するかを説明し、進化論は適応がシステムエージェントの適応可能な特性をどのように形成するかを説明します。社会的および生物的な適応の形態は根本的に異なるメカニズムを通じて機能しますが—ミームの社会的学習と遺伝子の生物学的継承—、その数学的記述は複製者ダイナミクスに根ざした本質的な特徴を共有しています。総じて、複雑性科学と進化は、社会的および生物的システムにおける複雑性がもたらす課題を理解し管理するための最も強力なツールボックスを提供します。

複雑性科学と進化ユニットは、複雑適応システムのダイナミクスを分析します。これは多様なアプローチのスペクトルを必要とするため、問題に応じて方法が選択、組み合わされ、発展されます。これには、複雑性科学、進化、社会経済学、生態学、ゲーム理論、理論物理学、応用数学、コンピュータ科学が活用されます。取り組む主要な質問には、プロソーシャル行動を促進する方法、生物多様性の形成と喪失を理解し管理する方法、そして生きた資源を持続可能に利用する方法が含まれます。

ユニットの具体的な研究分野は以下に示されています。

社会的ジレンマと共通財のガバナンス。社会的ジレンマは、社会の機能に広範な課題をもたらしており、集団の福祉にとって重要な財が利己的な行為者の脅威にさらされるときに発生します。このようなジレンマを克服するには、ポジティブおよびネガティブなインセンティブ、適切なルールと規制、条件付きの協力と参加、さらには社会グループ間の競争と移動といった多様なメカニズムに基づくガバナンスソリューションを通じて協力的な行動を促進する必要があります。これらのメカニズムを基に組み合わせて、効果的かつ効率的なガバナンスソリューションを設計する方法を探ります。

経済学、ゲーム理論より

生物多様性の動態と種分化。生物多様性が生態系サービスの重要な決定要因として認識されるようになったにもかかわらず、生物多様性の動態は部分的にしか理解されていません。種がどのように形成されるかを理解するための継続的な探求の中で、地理的に孤立していない初期種にもかかわらず進行するパラパトリック種分化、生物相相互作用から生じる選択圧によって駆動される生態的種分化、そして進化する集団が適応度の最小値に閉じ込められるのを逃れるときに発生する適応的種分化にますます注目が集まっています。私たちは、生態的および進化的力が生物多様性の形成と喪失をどのように駆動するかを調査します。

持続可能な漁業管理と漁業による進化。かつてはほぼ無尽蔵であると考えられていた水生資源は、過剰に利用されるようになりました。生態学的視点から持続可能な漁業を促進するには、生物資源とその環境、エコシステムサービス、管理介入とその政治的決定要因、漁業者、消費者、市場の力の社会経済的相互作用を含む複雑な適応システムを理解する必要があります。進化的視点から持続可能な漁業を促進するには、漁業が魚の数だけでなく、その機能的特性にも変化をもたらすことを認識する必要があります。私たちは両方の視点から漁業を分析します。

自然のエコシステムと経済をまとめて議論している感じ？

システミックリスクとネットワークダイナミクス。システミックリスクは、ネットワーク内での連鎖的な失敗の可能性を説明し、疾病ダイナミクス、生態系、金融ネットワーク、サプライチェーン、電力網、交通ネットワークなど、さまざまな分野で発生します。典型的な例は、社会的接触ネットワークを通じて広がる感染症の蔓延です。健康システムが個々の感染症の治療に適していても、制御不能な感染の連鎖によって圧倒されることがあります。さまざまな分野で、私たちはこのようなダイナミクスを評価、モデル化、予測、軽減する方法を研究しています。

進化的コミュニティ生態学と生態進化的植生ダイナミクス。すべての生態系の構造と機能は進化によって形作られてきました。機能的特性に基づく進化的コミュニティモデルは、生態的環境がどのように生物環境、選択圧、共進化的ダイナミクスを決定し、したがって生態的環境の変化をもたらすかを説明します。このアプローチを食物網を含む多様な生態系や特に植生ダイナミクスに適用し、地域の環境条件から世界中の植物バイオームの組成がどのように導かれるかを第一原理から予測することを可能にします。

第一原理？気になる

適応ダイナミクス理論とモデル。適応ダイナミクス理論は、現実的な社会的および生態的環境における自然選択によって駆動される表現型特性の進化的および共進化的ダイナミクスを説明します。適応ダイナミクス理論は、フィットネス関数を仮定する古典的な進化的枠組みを超えて、基礎となる集団ダイナミクスからそれらを導出することで際立っています。適応ダイナミクス理論の創始以来、その基礎と応用に貢献してきた私たちは、種の詰め込み、機能価値進化、進化的分岐、環境フィードバック次元、パターン形成の進化などのトピックに関する革新的な理論とモデルを展開します。

独自の理論があるのね

空間的複雑性の単純化。空間構造は自然界に遍在しており、生態学的および進化的ダイナミクスはそれらを考慮に入れなければ正確に理解することができません。現在、これはしばしば強力な数値シミュレーションによって達成されますが、対応する解析手法はニーズに追いついていません。この短所を克服し、空間的複雑性を単純化する新たな道は、よく混合された集団の古典的モデルが、個体のシングレット、ペア、トリプレットなどの空間密度を状態変数として使用するより広い理論的枠組みの特別なケースであることを認識することによって開かれます。私たちは、トリプレットレベルでそのようなモーメント階層を切り捨てることが、強力な近似をもたらす方法を研究しています。

あんまりピンときてない

病気の生態学と進化。人間、動物、植物は、感染症にかかるという常に脅威にさらされています。病原体は種を超えて頻繁に跳躍し、その機能的特性を絶えず適応させ、変異した病原体の伝播を促進しています。これは、個人および集団の病気防護の努力にとって動く標的を生み出しており、進行中のCovid-19パンデミックがその証拠です。したがって、公衆衛生介入の成功は、病原体の拡散だけでなく、病原体の進化を正確に予測することに大きく依存しています。進化疫学という若い分野を強化し、病原体の毒性の変化とその宿主の抵抗性を予測する新しい方法を考案します。