2021 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) |
川津 一隆 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (20747547)
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)
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)
田中 健太 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (80512467)
長田 穣 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産資源研究所(横浜), 任期付研究員 (90750084)
岩崎 藍子 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (00826076)
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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 |
全国の多地点で高頻度の環境DNAメタバーコーディングを利用した魚類相調査を実施する観測網ANEMONEの稼働を軌道に乗せることができた。観測サイト数は当初計画より増加して現在では77を数え、魚類を対象とした毎週から毎月の高頻度観測を実施している。また、従来の大学や国研による観測に加えて、市民連携観測や企業・自治体と連携した調査も実施されるようになり、本研究推進に求められる多種時系列データの蓄積も進んでいる。改訂された環境DNAメタバーコーディングパイプラインClaidentを実装したデータベースの構築もほぼ完成し、2022年6月には公開予定である。データ解析については、環境DNA時系列データに適用する事で種間相互作用を検出するための因果推論手法UICが、Rプログラムで利用可能なrUICパッケージとして公開された。さらに、環境DNA観測データや開発されたデータ解析手法を活用した実データ解析も進んでいる。非線形時系列解析の一手法S-mapを拡張、時系列データから種間相互作用を超高精度・ノイズ頑健に推定する手法LMDrを開発した。原子力発電所の停止と再稼働に伴って水温変化の生じた内浦湾での魚類観測データに基づいて、(1)群集指標の変動ルールの状況依存性を明らかにした研究、(2)個体数変動の状況依存性を種間で比較した研究を実施し、現在、投稿論文としてまとめている。このほかにも以下の研究実績を得た。塩化ベンザルコニウムを利用した環境DNAの保存の有効性確認に関する研究。魚種数と魚種ごとの環境DNAの検出量の関係を水槽実験により検証した研究。気仙沼舞根湾の堆積物のコアから環境DNAを抽出し，津波直後にクラゲの大量発生が生じていたことを定量的に示した研究。野外でのクロダイ出現状況と環境DNA検出量の一致を確認した研究。環境DNA放出量の個体間変動を明らかにした水槽実験研究。
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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
1. 全国多地点での高頻度の環境DNA観測に基づく「生態系の構造転換」のパターン理解 環境DNA観測(ANEMONE)は当初計画通り順調に運営されている。ここ数年のANEMONE観測データから、日本沿岸の魚類群集の分布変化の証拠を掴みつつある。また、環境DNAデータの活用を推進するためのデータベース（ANEMONE DB）構築も完成が近い。観測データを利用した関連研究の実施を推進するために、産官学の主体が参加するANEMONEコンソーシアムの構想をたて、その設立に向けて準備を進めている。
2. 生態系観測データに基づく生態系の力学的性質の評価手法の確立 構造転換のパターンや機構を理解するためのデータ解析を開始した。群集変動ルールの類似性を検出する手法を開発し、環境DNA観測データに適用を始めた。また新たに開発した因果推定法UCTを用いて、多種の時系列データから効率よく相互作用網を構築することを可能にするとともに、その手法を公開した。
3. 詳細な長期生態系観測データの解析による「生態系の構造転換」の機構解明 上記１で検出した日本沿岸の魚類分布の変化について、種間比較によって変化と関連する特徴の特定を試みている。生態系の力学的性質の変化の検出はその結果を待つものとして、来年度以降に持ち越す。舞鶴湾での毎月2回、内浦湾での毎月1回、気仙沼舞根湾で2ヶ月に1回の潜水調査を継続して行っている。
4. 生態系観測に基づくナウキャスト・フォアキャスト手法の開発 生態系観測に基づいて生態系変動を検出することを目的とした研究を開始した。また、多種の時系列データから、従来法よりも正確に安定性を評価する方法を開発した。また、内浦湾・舞鶴湾での魚類相変化を捉えた観測データや全国環境 DNA観測データを材料に、生態系の力学的性質の変化を検出することに成功し、その内容を論文としてまとめている。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 全国多地点での高頻度の環境DNA観測に基づく「生態系の構造転換」のパターン理解 ANEMONEによる環境DNA観測を引き続き継続する。今年度検出された分布域の変化についてのパターン理解を深める。環境DNAデータの活用を推進するためのデータベース（ANEMONE DB）を構築・公開するとともに、観測データを利用した関連研究の実施を推進するための産官学の主体が参加するANEMONEコンソーシアムを設立する。
2. 生態系観測データに基づく生態系の力学的性質の評価手法の確立 構造転換のパターンや機構を理解するためのデータ解析を引き続き進める。前年度に開発した、群集変動ルールの類似性を検出する手法を環境DNA観測データに適用し、全国の魚類群集の成り立ち明らかにすることを試みる。
3. 詳細な長期生態系観測データの解析による「生態系の構造転換」の機構解明日本沿岸の魚類分布の変化について、種間比較による特徴づけを進めるとともに、生態系の力学的性質の変化の検出を試みる。舞鶴湾での毎月2回、内浦湾での毎月1回の潜水調査を継続する。
4. 生態系観測に基づくナウキャスト・フォアキャスト手法の開発 生態系観測に基づいて生態系変動を検出することを目的とした研究を継続する。また、多種の時系列データから安定性を評価する方法を利用して、安定性の地理パターンに関する研究を進める。生態系の変動ルールの変化を検出した研究内容を論文としてまとめる。
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[Presentation] 市民とともに生態系への理解を深める環境 DNA 調査イベントの開発と実践2021
Author(s)
三井 広大, 増田 到, 上田 羊介, 山本 朋範, 宗像 恵太, 相川 直美, 小林 望, 三ツ橋 知沙, 谷村 優太, 詫摩 雅子, 笠井 亮秀, 近藤 倫生, 佐土 哲也, 清野 聡子, 宮 正樹
Organizer
環境DNA学会第4回大会
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