2019 Fiscal Year Annual Research Report
Regime shifts in coastal marine ecosystems: an empirical approach based on advanced monitoring and nonlinear dynamical theory
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19H05641
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
近藤 倫生 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (30388160)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
益田 玲爾 京都大学, フィールド科学教育研究センター, 教授 (60324662)
山川 央 公益財団法人かずさDNA研究所, ゲノム事業推進部, 研究員 (40370928)
田中 健太 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (80512467)
川津 一隆 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (20747547)
長田 穣 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 本部, 任期付研究員 (90750084)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 環境DNA / 生物多様性 / レジリアンス / 沿岸生態系 / データ駆動型研究 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では2020年までに、(1) 全国多地点での環境DNA観測体制を確立し、データ集積を実施すること（環境DNA観測）；(2) 系の力学的性質を評価するための観測データ解析手法を開発する（データ解析手法開発）こと； (3) 内浦湾における局所温暖化影響を受けた魚類観測データから力学的性質の変化を検出すること（群集データ解析）を主たる目標としていた。その上半期に当たる2019年度には、環境DNA観測に関わる研究体制の構築を完了させることができた。各機関での博士研究員や研究補助員の雇用が完了し、定期的な環境DNA観測を実施するためのシステムが構築できた。採水キットや試料、配列データ等は、観測サイト-筑波大学-かずさDNA研究所-東北大学の４者の間で適切にやりとりするシステム構築により、日本全国の沿岸サイトや河川・湖沼サイトでの環境DNA観測を開始できた。京都大チームによる内浦湾における局所温暖化による魚類相変動観測、気仙沼における魚類群集回復過程の潜水目視観測は予定通り実施され、また舞鶴湾・内浦湾での高頻度環境DNA観測も滞りなく実施された。環境DNAの分析に関わるかずさDNA研究所では、試料分析の手法検討が進められた。分析手法の検討に当初予想よりも時間を要したものの、最終的には分析の一部を２ヶ月延期して実施することで対応した。これによる研究自体の遅延は生じない。東北大チームを中心とするデータ解析手法の検討も計画通り進められた。多種の環境DNA時系列データに基づいて生物群集の安定性を評価する手法開発のための研究が進められた。また、これとは別に非線形時系列予測を利用することで多種個体群の時系列データから群集動態の変化を検出するための手法検討も進められた。既存の植物プランクトン観測データや内浦湾データを用いて、これらのアイデアについての実証試験を実施して期待通りの成果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究における2019年度の主たる目標について、項目ごとに進捗状況を評価する。
(1) 環境DNA観測に関連する内容としては、「観測体制の確立」、「環境DNA試料分析体制の構築」、「環境DNAの定量手法の検討」が特に重要なものであった。2019年度の研究で、前者２項目についてはほぼ完了し、今後はまだ加わっていない観測サイトの参加を受け入れることのみが残されている。「環境DNAの定量手法の検討」については、当初予想よりも時間を要したものの、最終的には試料分析の一部を２ヶ月延期して実施することで対応することができた。試料分析それ自体は研究計画全体の律速要因ではないので、これによる研究自体の遅延は生じない。
(2) データ解析手法開発に関連する内容としては、「レジームシフト検出手法の開発」と「実データの解析」が特に重要なテーマとしてあげられる。前者については、当初に期待された非線形時系列解析を利用した検出手法の検討が進められており、特に当初予想を大きく外れることもなくい順調に進んでいる。また、後者についても、観測データをもとに変動パターンの変化を検出するための基本的アイデアが提案され、これをいくつかの実データに適用することでさらなる検討が進められている。
以上のことより、研究全般については当初の予定通り順調に進んでおり、今後の研究進展が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初予定では2020年までにJaLTERサイトによる採水体制を構築する計画だったが、2019年度中にこれを達成することができた。本研究の成否はレジームシフト現象を捉えられるかどうかにかかっている。そこで今後は、これ以外の観測サイトを加え、より充実した環境DNA観測体制を実現したい。また、本観測に参加する多くの協力機関にとっても、この観測が意義の大きいものとするために、これらの観測サイトが連携し獲得されたデータを活用してさらなる研究を進めていくための仕組みを構築していくことも重要な今後の推進方策である。
データ解析手法については、ここまで開発を進めてきた安定性変化に基づくレジームシフトの検出手法や個体群動態の変化を検出する手法のさらなる検討を進め、人工的に生成したデータを利用してその特性を明らかにするとともに、検出の精度を高めたい。また、非線形時系列解析における基本手法であるCCMについては、これを発展させてさらに精度よく因果を検出する手法についての着想を得ている。これをもとにして新たな因果推論の手法開発の検討をする。
開発しつつある個体群動態の変化を検出する手法を、人工的な水温上昇の生じた内浦湾における魚類観測データに適用することで、この手法の特性を明らかにしたい。また、この手法を多様な魚種に適用することで、この生物群集の動態に関する基礎生態学的知見が得られないか検討を進めたい。
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