Regime shifts in coastal marine ecosystems: an empirical approach based on advanced monitoring and nonlinear dynamical theory

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H05641
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section G
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Kondoh Michio 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (30388160)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩崎 藍子 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (00826076) ; 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 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (90750084)
• Project Period (FY): 2019-06-26 – 2024-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

Using environmental DNA for biodiversity observation along the entire coast of Japan and combining it with new statistical modeling techniques, we aimed to understand the macroscopic spatiotemporal patterns of structural shifts in coastal fish communities, the dynamic properties of ecosystems affected by environmental changes, and to demonstrate that these changes drive structural transitions. As a result, we clarified the biodiversity patterns of coastal ecosystems and developed new causal inference methods and Jacobian estimation techniques. Additionally, through the analysis of long-term observation data of fish and phytoplankton communities, we were able to detect change points in community dynamics mechanisms and elucidate the characteristics of regime shifts in large-scale communities. Furthermore, aggregation research that contributes to fluctuation prediction and principle understanding was conducted.

Free Research Field

群集生態学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

大規模生物多様性データ獲得のための産官学民が連携する環境DNA観測網が構築されたのに加えて、巨大な複雑 系である生態系の動態を明らかにする上で有効なデータ駆動型アプローチが提示され、今後の生態学・生物多様 性研究推進の基盤が構築された。持続可能な社会の構築に向けて国際目標「ネイチャーポジティブ」が掲げら れ、生態系・生物多様性の状態評価や予測を実現する生態学への期待が高まっている。本研究課題では、環境 DNA技術を基盤に、この期待に応える研究成果群を生み出すことができた。