What happens when eastern and western Genji fireflies are mixed? An individual-based model decomposing flash period into genetic, thermal and entrainment components (Version v3.0.0)

[This data contains both English and Japanese preprint versions (Version 3.0.0) of the individual-based model predicting flash period dynamics when mixing eastern and western Genji fireflies.] ■ AbstractThe flash interval of synchronously flashing male Genji fireflies (Nipponoluciola cruciata) differs geographically, at about 4 s in eastern Japan and about 2 s in western Japan. Whether this difference is genetic, or arises from temperature or entrainment within groups, remains unresolved, and, to the best of the author’s knowledge, no study has examined what happens when eastern and western individuals are mixed in the same place. This paper proposes, as a hypothesis-driven concept proposal, an individual-based model in which the observed flash period is a composite of genetic component × temperature × entrainment to neighbours, combined with mate preference, hybrid fitness, inbreeding depression and heterosis, spatial structure and population dynamics. ■ Model PredictionsUnder the model’s assumptions, the simulations predict that:(1) When mates are chosen on the flash alone, entrainment strength κ is equivalent to widening the preference width σ by a factor of 1/(1 − κ) (Discovery of Equivalence).(2) With a tolerance fixed in seconds, higher temperature promotes the mixing of lineages.(3) When all individuals are mixed from the start, narrow preferences lead to the loss of lineages whereas wide preferences retain all three lineages and lead to fusion, while lineages that start spatially separated (a contact zone) coexisted for 80 generations.(4) A small lineage that would go extinct alone because of inbreeding depression persisted, as genes within an admixed population, only when it was mixed into the same sites as large lineages under wide preferences and a low hybrid cost. These are assumption-dependent predictions, and calibration against empirical values is not yet done. As top-priority tasks we propose calibration with prior work on mate preference (Tamura et al. 2005) and validation experiments in captivity. ■ KeywordsGenji firefly; flash interval; entrainment; individual-based model; hybridization; genetic rescue; proposed validation experiments ================================================== 【本資料は東西型のゲンジボタル混合時における発光周期の動態を予測した個体ベースモデル(Individual-based model)のプレプリント論文(Version 3.0.0)の日本語要旨です】 ■ 要旨ゲンジボタル(Nipponoluciola cruciata)の集団同時明滅の間隔は、東日本で約 4 秒、西日本で約 2 秒と地域差がある。この差が遺伝によるのか、気温や集団内の同調によるのかは決着しておらず、東西の個体を同じ空間に混ぜたときに何が起きるかを調べた研究は、著者が確認できた範囲では見つからなかった。本稿は、観測される周期を「遺伝成分×気温×周囲への同調」の合成として表し、配偶者選好、雑種の適応度、近交弱勢と雑種強勢、空間構造と個体数動態を組み込んだ個体ベースモデルを構築し、仮説駆動型の概念提案として報告する。 ■ モデルに基づく予測(1) 点滅だけで配偶者を選ぶ場合、同調の強さ κ は選好の許容幅 σ を 1/(1−κ) 倍にすることと等価である(等価性の発見)。(2) 許容幅を秒単位で固定すると、高温ほど系統が混ざりやすい。(3) 最初から全員を混ぜると、選好が狭いときは系統が消え、広いときだけ 3 系統が残って融合する。最初に住み分けた状態から接触させた場合は、80 世代にわたって共存した。(4) 近交弱勢のために単独では絶滅する少数系統は、同じ場所に混ぜ、選好が広く雑種のコストが小さい場合に限り、その遺伝子が混ざった集団の中に残った。 これらは仮定に依存した予測であり、実測値による較正は未了である。最優先の課題として、配偶者選好に関する先行研究(Tamura ら 2005)による較正と、飼育下の検証実験を提案する。 ■ キーワードゲンジボタル,発光周期,同調,個体ベースモデル,交雑,遺伝的救済,検証実験の提案