From individual life histories to community dynamics: consistent organization of aquatic ecosystem models based on body size

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06203
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 40030:Aquatic bioproduction science-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Yamakawa Takashi 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (10345184)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黒木 真理 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (00568800)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 水圏生態系 / ベキ乗則 / サイズスケーリング / サイズスペクトル / 成長式 / 自然死亡 / 再生産関係 / 漁獲制御ルール

Outline of Final Research Achievements

In aquatic ecosystems, food webs are composed of chains of "larger individuals eat smaller prey," and the flow of material and energy occurs along this pathway. In general, the relationship between body size of individuals constituting an aquatic community, population abundance and biomass, and the predator-prey mass ratio can be expressed by a simple power equation that follows the size-scaling law. In this study, a new system was proposed and validated that consistently models phenomena occurring at the individual (growth, reproduction, etc.), population (mortality rate, stock-recruitment relationship, etc.), and community (macro-dynamics of the system, size spectrum, species abundance distribution, etc.) levels within an aquatic ecosystem, based on the power equations for body size and biomass.

Free Research Field

水産資源学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

将来にわたる水圏生物資源の持続的有効利用のためには，従来型の単一種の資源動態モデルに基づく資源管理から脱却し，生態系内での群集動態に関する科学的知見や法則性を踏まえた総合的な管理を行っていく必要がある。従来，系内での捕食-被食に関する種間関係を基に食物網の構造と動態を再現しようとする群集・生態系モデルが提案されてきたが，そのようなモデルでは，系の構成種数が増えるに従って必要なパラメータ数が級数的に増えてモデルが複雑化し，挙動が不安定化してしまう。本研究は，体サイズを軸とするシンプルなモデルによって系の動態に関する高い再現性を可能にしたという点で，高い学術的意義と応用面での社会的意義を有する。