概要
XNUMX 年以上前、野外生態学者たちは、地球上で最も集中的に研究されている森林地帯の XNUMX つであるパナマのバロコロラド島の森林地帯の樹木の多様性を定量化することに着手しました。 彼らは、幹の幅がXNUMXセンチメートルよりも大きい木をすべて数え始めました。 彼らは種を特定し、幹を測定し、各個体の生物量を計算しました。 彼らは木にはしごをかけて苗木を調べ、すべてを記録しました。 広大なスプレッドシート.
年々蓄積されていくデータを観察するうちに、彼らはそのデータに何か奇妙な点があることに気づき始めました。 300 平方キロメートルの小さな島には 15 種以上の樹木があり、その多様性は驚くべきものでした。 しかし、それらの種間の樹木の分布も大きく偏っており、ほとんどの樹木はわずか数種に属していました。
これらの初期の研究以来、その詰め物が過剰で非常に不均一なパターンが、世界中の生態系、特に熱帯雨林で繰り返し見られてきました。 生態学者 スティーブンハベル バロ・コロラド調査のチームの一員であるカリフォルニア大学ロサンゼルス校の教授は、アマゾンの樹種の 2% 未満がすべての個々の樹木の半分を占めていると推定しています。はまれです。
このような高い生物多様性は、安定した生態系ではすべてのニッチまたは役割が XNUMX つの種によって占められるべきであるという主要な生態学理論による予測に反するものです。 ニッチ理論 生態学者が観察したすべての種が安定して存在できるほどのニッチは存在しないことを示唆しています。 類似種間のニッチをめぐる競争により、希少種は絶滅に追い込まれたはずだ。
新しい エコモデリングペーパー in 自然 by ジェームズ・オドワイヤー および ケネス・ジョップス イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の教授は、この矛盾の少なくとも一部を説明しています。 彼らは、一見真っ向から競争相手であるはずの種が、寿命や子孫の数などの生活史の詳細が正しく一致していれば、生態系を共有できることを発見した。 彼らの研究は、生物がどのように機能するかについて私たちが知っているほぼすべてを覆い隠しているにもかかわらず、生態をモデル化する最も成功した方法の XNUMX つが正確な結果に到達することが多い理由を説明するのにも役立ちます。
概要
2001 年に遡ると、バロ コロラド島の逆説的に高い生物多様性がハッベルにインスピレーションを与えました。 提案する 画期的な 生態学の中立理論。 伝統的な生態学理論は、種間のニッチをめぐる競争を強調していました。 しかしハッベル氏は、事実上、個体は同じ種のメンバーとも資源を求めて競争するため、その方程式では種はあまり重要ではないかもしれないと指摘した。 彼は、生態系における多様性のパターンは主にランダムなプロセスの産物である可能性があると示唆しました。
生物多様性を扱う理論としては、ハッベルの中立理論は希薄でした。 寿命の違い、栄養上の特徴、種を別の種から区別するその他の詳細は無視されました。 理論に基づくモデルでは、理論上のエコシステム内のすべての個体は同一です。 時計が始まると、生態系は確率的に進化し、個体がランダムに競合し、入れ替わります。 この理論は生態学への種ベースのアプローチとは完全に相反しており、あまりにも直観に反しているように見えたため、生態学者の間で熱烈な議論を引き起こした。
しかし驚くべきことに、ニュートラルモデルのランダムウォークが進むにつれて、ハッベルと彼の同僚がバロコロラド島のデータで見たものや、他の場所で他の人が見たものの重要な特徴が再現されました。 ほとんどひねくれた違いを認めないこのモデリングには、現実世界のフラッシュが存在します。
モデルと現実の間の緊張感は、オドワイヤー氏の長年の関心を集めてきました。 なぜ中立理論がこれほどうまく機能するように思えたのでしょうか? 種がどのように機能するかについての情報を取り込んで、より現実的に見える結果を得る方法はあったでしょうか?
オドワイヤー氏は、ニュートラルモデルの魅力の XNUMX つは、実際に 深い普遍性 たくさんの生き物の中で。 動物種は同一ではありませんが、たとえば循環器系のレベルでは非常に似ています。 生理学に関する同じ数値が動物や植物で何度も出現し、これはおそらくそれらが共有する進化の歴史の制約を反映していると考えられます。 たとえば、クライバーの法則と呼ばれる原理によれば、動物の代謝率は一般にその体の大きさに応じて指数関数的に増加します。これは種に関係なく同じ指数関数です。 (クライバーの法則が真である理由についてはいくつかの理論が提案されていますが、その答えはまだ議論されています。)
こうした根底にある秩序の兆候を踏まえると、オドワイヤー氏は、進化の過程で種がどれだけうまく競争し生き残るかを決定する上で、生物の生き方に関する一部の詳細が他のものよりも重要なのではないか、と疑問を抱いた。 代謝をもう一度考えてみましょう。生態系がそこに住む生物の代謝の表現として見なされる場合、生物のサイズは特別で重要な数値になります。 個体のサイズは、その食性や種のアイデンティティに関するその他の詳細よりも、長期的な運命をモデル化する際に役立つ可能性があります。
オドワイヤー氏は、これらの重要で特権的な要素の 50 つが、平均子孫数、性的成熟までの時間、寿命などの種の統計を組み合わせた概念である生活史によって捉えられるのではないかと考えました。 100 個の個別の植物からなるプロットを想像してください。 それぞれに独自の寿命、独自の繁殖パターンがあります。 88 か月後、ある植物は 80 個の種子を生産し、別の同様の植物は XNUMX 個の種子を生産します。おそらく、種子の XNUMX% が発芽して次世代を生み出し、独自のバージョンのこのサイクルを経ることになります。 同じ種内であっても、個々の植物の数は、時には少しずつ、時には大きく異なります。これは人口統計ノイズと呼ばれる現象です。 ハベルの中立理論のように、この変動がランダムである場合、世代を超えてどのようなパターンが現れるでしょうか?
オドワイヤー氏は、ジョプス氏が大学院生として研究室に加わったとき、その疑問の探求を手伝ってくれる人がいることを知っていた。 ジョプス氏は以前、生活史を使ったモデルで脆弱な植物種が生き残るかどうか、それとも絶滅しつつあるのかを予測できるかどうかを研究していた。 彼らは一緒に、生活史が競争に出会ったときに何が起こるかを説明する数学を練り始めました。
Jops と O'Dwyer のモデルでは、中立モデルと同様に、確率性 (種間の決定論的相互作用に対するランダム要因の影響) が重要です。 ただし、種の生活史は、そのランダム性の影響を増幅または軽減する可能性があります。 「生活史は、人口統計上のノイズを映し出すレンズのようなものです」とオドワイヤー氏は言う。
研究者らがモデルを時間の経過とともに進行させ、シミュレートされた各個体にそのペースを与えたところ、特定の種が同じ資源をめぐって競合しているにもかかわらず、長期間にわたって互いに共存できることがわかりました。 ジョップスとオドワイヤーは、説明のために数字をさらに詳しく調べ、有効個体群サイズと呼ばれる複雑な用語が、種間に存在する可能性のある一種の相補性を説明するのに役立つと思われることを発見しました。 これは、ある種はその生活環のある時点で高い死亡率を示し、別の時点では低い死亡率を示す一方、相補的な種は最初の時点では死亡率が低く、XNUMX番目の時点では高い死亡率を示す可能性があるという事実を要約しています。 この用語が XNUMX つの種で類似しているほど、つがいがスペースと栄養をめぐって競合しているにもかかわらず、互いに共存できる可能性が高くなります。
「彼らは同じ振幅の人口統計上のノイズを経験します」とオドワイヤー氏は言う。 「それが彼らが長く一緒に暮らすための鍵です。」
概要
研究者らは、同様のパターンが現実世界にも蔓延しているのではないかと疑問に思いました。 彼らは、 COMPADREデータベースそこには、さまざまな研究や情報源から収集された何千もの植物、菌類、細菌種に関する詳細が収められており、同じ研究区画にすべてが一緒に生息している多年生植物に焦点を当てました。 彼らは、モデルが予測したとおり、一緒に住んでいた植物種はほぼ一致する生活史を持っていることを発見しました。同じ生態系に住む種のペアは、ランダムに抽出されたペアよりも補完的である傾向があります。
この研究結果は、必ずしも直接的に競争しているわけではない種が、明確なニッチを引き起こすことなく互いにうまく共存できる方法を示唆していると述べた。 アネット・オスリング、テキサス大学オースティン校の生物学教授。 「最も素晴らしいのは、これらのアイデアが…かなり異なるが補完的な種にも拡張できることを彼らが強調していることです」と彼女は言った。
に ウィリアム・クーニンイギリスのリーズ大学の生態学教授であるこの論文は、自然界がその複雑さにもかかわらず、中立モデルに似ている理由の XNUMX つを示唆しています。無限の多様性が、彼が「創発的中立性」と表現した単純な結果をもたらす可能性があるのと同じです。 ハベル氏としては、初期の研究が拡張されたことを高く評価している。 「中立モデルを一般化する方法、種の違いを少し加えて拡張したり縮小したりして、地域社会の多様性に何が起こるかを確認するために微調整する方法について、いくつかの考えを提供します」と彼は述べた。
しかし、これは生物多様性がどのようにして生じ、なぜそれが存続するのかを理解するという問題のほんの一部に過ぎません。 「生態学では、パターンとプロセスの関係に苦労しています。 多くの異なるプロセスで同じパターンが生成される可能性があります」とオスリング氏は言いました。 オドワイヤー氏は、今後数年のうちに現実世界に関するより多くのデータが、研究者が実効個体群サイズによって共存を一貫して説明できるかどうかを識別するのに役立つことを期待している。
クニン氏は、この論文が他の人たちに中立理論のアイデアを使い続けるよう促すことを期待している。 個人の共通点ではなく、その固有の性質が長い間影響力を持ってきたこの分野では、中立理論により生態学者は創造的になることが求められてきた。 「それは私たちを精神的なマンネリから解放し、何が本当に重要なのかについて考えさせてくれました」と彼は言いました。
何年も前に生態学に関する中立理論を発表したハッベル氏は、実際の森林に関する本当に膨大なデータセットから、生活史と生物多様性の関係をより明確にするために必要な詳細が得られるのではないかと疑問に思っています。 「これは、私が期待していた中立理論に基づいた構築です」と、新しい論文について彼は述べた。 「しかし、それは多様性を真に理解するためのほんの小さな一歩にすぎません。」
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