生態系の動態を予測・制御するデータ分析の体系化―微生物叢の「崩壊」はなぜ起こるのか―

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2026-04-15 京都大学

京都大学の研究チームは、微生物叢の急激な変化(崩壊)を予測・制御するためのデータ分析手法を体系化した。理論生態学・統計物理・非線形力学を統合し、生態系の状態を「ランドスケープ(地形)」として捉えることで、安定状態や遷移経路、崩壊リスクを定量的に評価できる枠組みを構築した。農地土壌の解析では、施肥量が閾値を超えると不可逆的に病害が多発する状態へ移行する「ヒステリシス」現象を確認。これにより、生態系の予測と管理をデータ駆動で行う基盤が示された。本成果は農業・医療・環境分野における微生物制御や生態系再生に貢献することが期待される。

生態系の動態を予測・制御するデータ分析の体系化―微生物叢の「崩壊」はなぜ起こるのか―
生態系の振る舞いをランドスケープ(地形)として俯瞰する:発表論文を基に作成(東樹宏和)

<関連情報>

生態系規模の洞察、予測、および管理に向けたマイクロバイオームアセンブリ統計 Microbiome assembly statistics toward ecosystem-scale insights, forecasting, and management

Hirokazu Toju ,Kenta Suzuki ,Martina Sánchez-Pinillos ,Genta Shima ,Takuya Kageyama ,Ibuki Hayashi ,Mikihito Noguchi ,Hiroaki Fujita ,Yoshiyuki Goto ,Shinji Nakaoka,…
The ISME Journal  Published:10 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag085

Abstract

Microbiomes are increasingly recognized as key to addressing global challenges in health and sustainability, as they can provide emergent biological functions unattainable with single microbial species. However, microbial communities occasionally undergo abrupt shifts in species composition despite their intrinsic steadiness, making it difficult to maintain highly functional microbiome states. Here, we outline emerging statistical frameworks that integrate ecological stability theory with empirical analyses of microbiome structure and function. Approaches inspired by the concept of “stability landscapes” now enable inference of how the relationship between community structure and assembly potential changes along environmental gradients. Such empirical analyses offer bird’s-eye perspectives for maintaining or restoring community states with desirable microbiome functions. Moreover, identifying the attractors of microbiome dynamics facilitates forecasting of abrupt transitions into dysfunctional states (i.e., dysbiosis). Bridging classic ecological theory and empirical microbiome analyses will deepen our understanding of the principles governing species-rich community assembly, expanding the scope of microbiome-based solutions across medical, industrial, agricultural, and environmental sciences.

生物環境工学
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