海に生息する魚種間にはたらく複雑な関係性を捉えることに成功

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緩い種間関係と種の多様性が生態系を安定化

平成30年2月8日 龍谷大学 京都大学 科学技術振興機構(JST)

ポイント

  • 非線形力学理論を利用して開発した新しい数理的データ解析手法により、舞鶴湾での過去12年間の生物個体数変動データを分析。
  • 15種の生物の間に働く複雑な関係性(目には見えない力)が刻々と時間変化する様子を捉えることに成功。
  • 生態系の安定化には、出現する生物種が多いことや、種間に及ぼし合う影響が緩やかになることが大きな役割を果たしていることを新たに発見。
  • 生態系観測によって「自然のバランス」の変化を捉える新技術の開発につながると期待。
龍谷大学の近藤 倫生 教授、潮 雅之 研究員、京都大学の益田 玲爾 准教授らの国際研究グループ(日本・台湾・アメリカ)は舞鶴湾での過去12年間に及ぶ魚類とクラゲを含む15種の生物の個体数変動データを解析することで、種間の関係性が時間によって変動する様子を詳細に捉えることに成功しました。また、これに基づいて、種間の関係性と種多様性が生態系安定化の鍵であることを突き止めました。

野外の生態系における生物種間には、ある生物種の個体数が増減すると他の生物の個体数もその影響を受けて増減する、種間相互作用(=種間に働く力)と呼ばれる力が働いていると考えられています。また、多様な生物種が相互作用する生物群集注1)にはその動態を安定化させる仕組み注2)が備わっており、環境が多少変化しても想定外の大変動や破綻が生じにくくなっているのではないかと考えられてきました。しかし、野外において種間相互作用を観察したり、個体数変動の安定性を測ったりすることはいずれも困難なため、多種の間に働く非常に多くの種間相互作用を詳細に描き出し、それが生物群集の安定性に及ぼす影響を野外で検証した研究は過去に例がありませんでした。

本研究では、京都府の舞鶴湾で12年間にわたって続けられた潜水調査データ注3)を、新しく開発した数理的手法注4)で分析しました。その結果、①湾内に生息する主要な15種の生物(14種の魚とクラゲ)の間に働く相互作用を捉えることに成功しました。さらに、②舞鶴湾の魚類群集は夏季に安定になり、冬季に不安定になるという季節変動を示すこと、③舞鶴湾の魚類群集は、魚種の種類が多くなり、種間相互作用が弱められることで安定になることを突き止めました。

本研究で開発した数理手法の利用により、他の生態系でも生物種間に働く相互作用を検出することが可能です。また、過去の観測データが種間相互作用や群集安定性を検出する鍵となったことから、生態系の維持や反応を理解する上で、長期生態系観測が非常に有効であることが示されました。

本研究成果は2018年2月8日(木)3:00(日本時間)に英国科学雑誌「Nature」で公開されます。

本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。

戦略的創造研究推進事業 チーム型研究(CREST)

研究領域:海洋生物多様性および生態系の保全・再生に資する基盤技術の創出

研究課題名:環境DNA分析に基づく魚類群集の定量モニタリングと生態系評価手法の開発

研究代表者:近藤 倫生(龍谷大学 理工学部 教授)

研究期間:平成25年10月~平成30年3月

 

<研究の背景>

生態系にはさまざまな種類の生物が共に生活していますが、いかなる生物の個体数(人口)も時と共に変動します(個体数変動)。自然界における個体数は変動してもだいたい一定の範囲に収まる安定性を有していて、個体数がゼロとなってしまうような「絶滅」現象や、特定の生物種の個体数のみが急激に増加する「大発生」現象は、頻繁には生じません。また、生物の個体数は無秩序に増減することは滅多になく、いつ頃増えて、いつ頃減少するといった「変動の規則性」が見られるのが普通です。このような個体変動に見られる「安定性」がもたらされる仕組みの解明は、生態学における重要な課題です。

生物の個体数は他種からの影響(種間相互作用)を受けて変動することが知られています。種間相互作用は、捕食-被食関係、助け合う関係、競争関係などのさまざまな生物間の関わりに由来すると考えられます。個体数変動の仕組みやその安定性を理解する上で、種間相互作用を把握することは必須です。しかし、種間相互作用は、ちょうど地球が私たちを引っ張る重力が目には見えないのと同様に、直接に観察することはできません。したがって、その強さや種類を知るには、大規模な野外実験などを行って推定するしかありませんでした。さらに、種間相互作用自体も変動するので、自然の中に共存する多様な生物の間に働く種間相互作用を正しく検出することは、非常に困難であると考えられています。

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