Unrevealing a coexistence mechanism and ecosystem evaluation of marine fishes using a metacommunity model and environmental DNA

これほど多くの生物種がどのように共存しているのか？これは生態学における古くからの問いであると同時に、生物多様性からの恵みを持続的に享受するために取り組むべき重要課題の一つである。多種共存を促進する要因として、競争能力と定着能力のトレードオフがある。そこで本研究では、環境DNAと多種の競争能力と定着能力を推定可能なメタ群集モデルを利用して、海産魚類群集を対象に競争と定着のトレードオフの検出することを目的とした。当該年度（1年目）は、環境DNAデータに適用なメタ群集モデルの開発に取り組んだ。環境DNAは生息するすべての種を検出できるわけではなく、サンプリングの段階で環境DNAが採取されないことや、分析の過程でDNAが増幅されないことで検出されないこともある。この「不完全の検出(imperfect detection)」の問題を克服するために、占有モデル(occupancy model)がしばしば使用されるが、検出頻度の低い種では極端なパラメータが推定されることが示されている。そこで、従来のメタ個体群占有モデルを多種系に拡張したモデルに、機械学習的手法の一種であるリッジ回帰を組み込んだメタ群集占有モデルを開発し、東京湾でサンプリングと分析を行ったMiFishで取得された環境DNAデータに適用した。その結果、リッジ回帰を組み込まない場合に比べて、現実的なパラメータが推定され、予測精度も高くなることが明らかになった。さらに、この推定結果を用いて、各種の競争能力と定着能力を定量化したところ、両者の能力に明瞭な相関関係が見られ、トレードオフが海産魚類全般にわたって生じていることが示唆された。

これほど多くの生物種がどのように共存しているのか？これは生態学における古くからの問いであると同時に、生物多様性からの恵みを持続的に享受するために取り組むべき重要課題の一つである。多種共存を促進する要因として、競争能力と定着能力のトレードオフがある。そこで本研究では、環境DNAと多種の競争能力と定着能力を推定可能なメタ群集モデルを利用して、海産魚類群集を対象に競争と定着のトレードオフの検出することを目的とした。当該年度（1年目）は、環境DNAデータに適用なメタ群集モデルの開発に取り組んだ。環境DNAは生息するすべての種を検出できるわけではなく、サンプリングの段階で環境DNAが採取されないことや、分析の過程でDNAが増幅されないことで検出されないこともある。この「不完全の検出(imperfect detection)」の問題を克服するために、占有モデル(occupancy model)がしばしば使用されるが、検出頻度の低い種では極端なパラメータが推定されることが示されている。そこで、従来のメタ個体群占有モデルを多種系に拡張したモデルに、機械学習的手法の一種であるリッジ回帰を組み込んだメタ群集占有モデルを開発し、東京湾でサンプリングと分析を行ったMiFishで取得された環境DNAデータに適用した。その結果、リッジ回帰を組み込まない場合に比べて、現実的なパラメータが推定され、予測精度も高くなることが明らかになった。さらに、この推定結果を用いて、各種の競争能力と定着能力を定量化したところ、両者の能力に明瞭な相関関係が見られ、トレードオフが海産魚類全般にわたって生じていることが示唆された。