海水温変動が沿岸生態系のレジームシフトを発生させる原理の力学系理論に基づく解明

基于动力系统理论阐明海水温度变化引起沿海生态系统格局转变的原理

• 批准号: 22KJ0243
• 负责人: 行平 大樹
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0243/
• 关键词: 沿岸生態系; レジームシフト; 気候変動

環境変動により生態系を構成する種組成などが急激に変化する現象はレジームシフトと呼ばれる。レジームシフトは生態系の安定性が環境変動によって失われることで生態系の変動パターンが変化する現象であると理論的に説明されてきたが、実際のデータから生態系の安定性などを定量して検討した研究は多くない。本研究は、海水温変動が引き起こす沿岸生態系のレジームシフトに着目し、レジームシフトが発生する原理を力学系理論に基づいて解明することを目的とする。具体的には、2017年8月から続く黒潮大蛇行と呼ばれる海流の大規模な変動に伴う海水温分布の変動が日本沿岸の生態系のレジームシフトを発生させる可能性に着目する。日本沿岸の多地点の環境DNA時系列データを対象に非線形時系列解析という手法を用い、レジームシフト発生に伴う力学系のアトラクター（力学系の変動パターン）の遷移や安定性の変化がみられるかを検討する。非線形時系列解析による理論的検討を行うためには実際に海水温変動によりレジームシフトが発生した地点を特定する必要があるので、初年度の研究は、日本沿岸の多地点・多種の環境DNA時系列データを用いて、黒潮大蛇行前後で日本沿岸の生態系でレジームシフトが実際に発生したかを記述的に検討した。具体的には、各地点で黒潮大蛇行前後での各生物種の在・不在のパターンに注目して次元削減によって群集全体の変化を可視化した。さらに、種の在・不在のパターンの変化が海水温変動により引き起こされたものかどうかを検討するため、各地点で種の在・不在の時間的変化が海水温変動の影響を受けると想定した統計モデルを用いて時系列解析を行った。その結果、いくつかの地点で海水温変動が各生物種の存続率に影響を与えることを通じて種の在・不在に影響を与えている可能性が示唆された。

Environmental changes in the composition of ecosystems, species composition, rapid changes in the phenomenon of change in the environment The stability of the ecosystem is discussed quantitatively. This study aims to explain the mechanism of the evolution of coastal ecosystems caused by seawater temperature fluctuation and the basic theory of mechanics. Specifically, in August 2017, the possibility of large-scale changes in ocean currents accompanied by changes in seawater temperature distribution and the development of ecosystems along the coast of Japan was highlighted. Environmental DNA time series analysis and analysis of nonlinear time series at multiple sites along the coast of Japan. A theoretical study on the analysis of non-linear time series is carried out on the basis of the actual temperature change of seawater, the necessity of specific occurrence sites, the initial research, the use of multiple environmental DNA time series at multiple sites along the coast of Japan, and the description of the ecological system along the coast of Japan before and after the Kuroshio snake. Specifically, the presence and absence of various biological species at various locations before and after the Kuroshio serpent's movement are observed, and the changes in the entire population are visualized as dimensions are reduced. The change of seawater temperature in different places is analyzed. As a result, changes in seawater temperature affect the survival rate of each species, and the possibility of species being present and absent is indicated.