代謝理論の統合的理解:サイズスケール則と生態化学量論の調和モデル

• 研究課題/領域番号: 23657019
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生態・環境
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 奥田 昇 京都大学, 生態学研究センター, 准教授 (30380281)
• 研究分担者: 近藤 倫生 龍谷大学, 理工学部, 准教授 (30388160)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2012年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2011年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 群集 / 生態学の代謝理論 / 生態化学量論 / メソコスム / 食物網理論 / サイズスケール則 / 生態系代謝 / バイオメカニスティック

研究概要

全ての生物に共通する生化学反応である「代謝」の速度が体サイズのべき乗に比例して増加するという「代謝のサイズスケール則」に着目し、この現象を個体より上位の生物学的階層である生態系に適用することによって、「生態系メタボリズム」という生態系機能の新たな概念構築を試みた。高度に環境制御された中規模人工生態系実験装置を用いて湖沼の生態系メタボリズムを制御する要因の解析を行ったところ、代謝のサイズスケール則から導出される予測(小さな生物が優占する生態系ほどバイオマスあたりの生態系代謝速度は高くなる)とは合致せず、生態系代謝は最も希少な栄養素によって律速されることが明らかとなった。本研究は、代謝基質となる栄養素を転送する生物間相互作用の速度がシステム全体の代謝速度に影響し、生態系にとって利用可能な栄養元素比が根本的な律速因子となりうることを示唆した。生態系代謝を理解する上で、個体の代謝理論と生態化学量論を統合した新しいモデルの必要性が浮き彫りとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Seasonal and site-specific variability in terrigenous particulate organic carbon concentration in near-shore waters of Lake Biwa (2013)
  • 著者名/発表者名: Sakai, Y., Karube, Z., Takeyama, T., Kohzu, A., Yoshimizu, C., Nagata, T., Tayasu, I. and Okuda, N
  • 雑誌名: Japan. Limnology 巻: 14 号: 2 ページ: 167-177
  • DOI: 10.1007/s10201-012-0394-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生物代謝のスケールアップ:個体から生態系へ (2013)
  • 著者名/発表者名: 福森香代子, 奥田昇
  • 雑誌名: 日本生態学会誌 巻: 63巻 ページ: 113-123
  • URL: http://ci.nii.ac.jp/vol_issue/nels/AN00193852_jp.html
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生物代謝のスケールアップ：個体から生態系へ (2013)
  • 著者名/発表者名: 福森香代子
  • 雑誌名: 日本生態学会誌 巻: 63 ページ: 113-123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Invasibility as an emergent property of native metapopulation structure (2013)
  • 著者名/発表者名: Koehncke K.
  • 雑誌名: Oikos 巻: 122 号: 3 ページ: 332-340
  • DOI: 10.1111/j.1600-0706.2012.20677.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diversity of interaction types and ecological community stability (2012)
  • 著者名/発表者名: Mougi, A., M. Kondoh
  • 雑誌名: Science 巻: 337巻 号: 6092 ページ: 349-351
  • DOI: 10.1126/science.1220529
  • 査読あり
• [雑誌論文] Variable and complex food web structures revealed by exploring missing trophic links between birds and biofilm (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Kuwae, E.Miyoshi, S.Hosokawa, K.Ichimi, J.Hosoya, T.Amano, T.Moriya, M.Kondoh, R.C.Ydenberg, R.W.Elner
  • 雑誌名: Ecology Letters 巻: 15 号: 4 ページ: 347-356
  • DOI: 10.1111/j.1461-0248.2012.01744.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] A non-lethal sampling method for estimating the trophic position of an endangered giant water bug using stable isotope analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohba S, Takahashi J, Okuda N
  • 雑誌名: Insect Conservation and Diversity 巻: (掲載確定)(印刷中) 号: 2 ページ: 155-161
  • DOI: 10.1111/j.1752-4598.2012.00198.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Nine Markers and charaxterization od the microsatelliteloci in the endangered Gymnogobius jsaza (Gobjidae). (2012)
  • 著者名/発表者名: Araki SK, Nakazawa T, Kawakita A, Kudoh H, Okuda N
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 13 号: 5 ページ: 5700-5705
  • DOI: 10.3390/ijms13055700
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-term changes in the diet of Gymnogobius isaza from Lake Biwa, Japan: effects of body size and environmental prey availability (2012)
  • 著者名/発表者名: Briones J. C.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 7 号: 12 ページ: e53167-e53167
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0053167
  • 査読あり
• [雑誌論文] 安定同位体を用いた水田生態系の構造と機能の評価手法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 奥田昇
  • 雑誌名: 日本生態学会誌 巻: 62 ページ: 207-215
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生命のるつぼ「琵琶湖」：温暖化に翻弄される固有種たち (2012)
  • 著者名/発表者名: 奥田昇
  • 雑誌名: 生き物たちのつづれ織り 巻: 5 ページ: 87-88
• [雑誌論文] 生態-進化フィードバック－生態学という名の舞台で繰り広げられる進化劇－ (2012)
  • 著者名/発表者名: 奥田昇
  • 雑誌名: 生き物たちのつづれ織り 巻: 5 ページ: 27-33
• [雑誌論文] Scale dependence of predator-prey mass ratio : determinants and applications (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakazawa T, Ushio M, Kondoh M
  • 雑誌名: Advances in Ecological Research 巻: 45 ページ: 269-302
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-386475-8.00007-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physical structure of habitat network differently affects migration patterns of native and invasive fishes in Lake Biwa and its tributary lagoons : Stable isotope approach (2011)
  • 著者名/発表者名: Shibata, J., Z.Karube, M.Oishi, M.Yamaguchi, Y.Goda, N.Okuda
  • 雑誌名: Population Ecology 巻: 53 号: 1 ページ: 143-153
  • DOI: 10.1007/s10144-010-0213-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生命のるつぼ「琵琶湖」：生物標本はタイムマシーン (2011)
  • 著者名/発表者名: 奥田昇
  • 雑誌名: 生き物たちのつづれ織り 巻: 4 ページ: 179-180
• [学会発表] 河川複雑系食物網の高精度解析 ～アミノ酸窒素安定同位体比からのアプローチ～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 石川尚人
  • 学会等名: 第60回日本生態学会
  • 発表場所: 静岡県コンベンションアーツセンター
• [学会発表] 相補性解析による琵琶湖沿岸生態系の非代替性評価と保護地域のギャップ解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柴田淳也
  • 学会等名: 第60回日本生態学会
  • 発表場所: 静岡県コンベンションアーツセンター
• [学会発表] リズムを主題に生理学と生態学をつなぐ (2013)
  • 著者名/発表者名: 近藤倫生
  • 学会等名: 第60回日本生態学会大会
  • 発表場所: 静岡県コンベンションアーツセンター
• [学会発表] 生態系・代謝過程を考慮した生物濃縮モデル (2013)
  • 著者名/発表者名: 中井信吾
  • 学会等名: 第60回日本生態学会大会
  • 発表場所: 静岡県コンベンションアーツセンター
• [学会発表] Ecological complexity and biodiversity maintenance: a community network approach (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kondoh
  • 学会等名: Annual Meeting of Society for Mathematical Biology
  • 発表場所: Knoxville, USA(招待講演)
  • 年月日: 2012-07-26
• [学会発表] 捕食者と被食者の体サイズ比のスケール依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 仲澤剛史,潮雅之,近藤倫生
  • 学会等名: Joint Meeting of the 59th Annual Meeting of ESJ and the 5thEAFES International Congress
  • 発表場所: Ryukoku Univ., Otsu
  • 年月日: 2012-03-21
• [学会発表] Historical and geographical patterns of biodiversity in the ancient Lake Biwa, Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibata J.
  • 学会等名: International Workshop on Freshwater Biodiversity Conservation in Asia
  • 発表場所: Kyusyu University
• [学会発表] タモロコ属魚類の生息場所利用の分化に関連した形態変異の遺伝的基盤 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柿岡諒
  • 学会等名: 第45回日本魚類学会
  • 発表場所: 水産大学校、下関
• [学会発表] SNPs解析によるオオクチバス2亜種混成集団の集団構造の経年変化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 奥田孝太
  • 学会等名: 第45回日本魚類学会
  • 発表場所: 水産大学校、下関
• [学会発表] 琵琶湖沿岸生態系の生物多様性に影響を及ぼす駆動因 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柴田淳也
  • 学会等名: 第77回日本陸水学会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] アミノ酸の窒素安定同位体比を用いた琵琶湖流域の食物網解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤義和
  • 学会等名: 第77回日本陸水学会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] RADタグマーカーによるタモロコ属魚類の連鎖地図作成と比較ゲノム解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柿岡諒
  • 学会等名: 日本進化学会第14回大会
  • 発表場所: 首都大学東京
• [学会発表] Historical And Geographical Patterns Of Biodiversity in The Ancient Lake Biwa, Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibata J.
  • 学会等名: 2012 ASLO Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: Biwako Hall, Shiga
• [学会発表] Intraspecific differences in vertical habitat utilization by crustacean zooplankton: stable isotopic evidence (2012)
  • 著者名/発表者名: Sakai Y.
  • 学会等名: 2012 ASLO Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: Biwako Hall, Shiga
• [学会発表] Multiple isotope approach for studying material flow and food web structures of stream ecosystems in Lake Biwa watershed (2012)
  • 著者名/発表者名: Tayasu I.
  • 学会等名: 2012 ASLO Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: Biwako Hall, Shiga
• [学会発表] Food web analysis based on d15N of amino acid in river ecosystem (2012)
  • 著者名/発表者名: Kato Y.
  • 学会等名: 2012 ASLO Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: Biwako Hall, Shiga
• [学会発表] Biological specimens tell us a centurial history of ecosystem alterations in the ancient Lake Biwa (2012)
  • 著者名/発表者名: Okuda N.
  • 学会等名: 2012 ASLO Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: Biwako Hall, Shiga
• [学会発表] Transmission dynamics of an emerging pathogen Cyprinid herpesvirus 3 and its impact on host population genetic structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Uchii K.
  • 学会等名: 2012 ASLO Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: Biwako Hall, Shiga
• [学会発表] Long-term changes in the diet and intestinal parasite fauna ofGymnogobius isaza from Lake Biwa, Japan: Effects of body size and prey availability (2012)
  • 著者名/発表者名: Briones J. A.
  • 学会等名: 2012 ASLO Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: Biwako Hall, Shiga
• [学会発表] Nested food webs; implications for structure-dynamics relationships (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kondoh
  • 学会等名: ASLO Aquatic Sciences Meeting 2012
  • 発表場所: Biwako Hall, Shiga
• [学会発表] Species invasion and native meta-population structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Koehncke A.
  • 学会等名: 第22回数理生物学会
  • 発表場所: 岡山
• [学会発表] 新しい多種共存メカニズム:種間相互作用の多様性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 舞木昭彦
  • 学会等名: 第22回数理生物学会
  • 発表場所: 岡山
• [学会発表] 生物濃縮における生態系過程と代謝過程 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中井信吾
  • 学会等名: 第28回個体群生態学会
  • 発表場所: 船橋
• [学会発表] Species invasion and native meta-population structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Koehncke A.
  • 学会等名: 第28回個体群生態学会
  • 発表場所: 船橋
• [学会発表] Ecological complexity and biodiversity maintenance: a community network approach (2012)
  • 著者名/発表者名: Kondoh M.
  • 学会等名: Annual Meeting of Society for Mathematical Biology
  • 発表場所: Knoxville, USA
  • 招待講演
• [学会発表] 相互作用ネットワークとしての生物群集理解：展望と限界 (2012)
  • 著者名/発表者名: 近藤倫生
  • 学会等名: Joint Meeting of the 59th Annual Meeting of ESJ and the 5th EAFES International Congress
  • 発表場所: Ryukoku Univ., Otsu
• [学会発表] 混成群集ネットワークと個体群動態の安定性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 舞木昭彦，近藤倫生
  • 学会等名: Joint Meeting of the 59th Annual Meeting of ESJ and the 5th EAFES International Congress
  • 発表場所: Ryukoku Univ., Otsu
• [学会発表] 捕食者と被食者の体サイズ比のスケール依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 仲澤剛史，潮雅之，近藤倫生
  • 学会等名: Joint Meeting of the 59th Annual Meeting of ESJ and the 5th EAFES International Congress
  • 発表場所: Ryukoku Univ., Otsu
• [学会発表] Predator feeding functional diversity as a driver for lake food web alterations (2012)
  • 著者名/発表者名: Sakai, Y., K. Fukumori, K. Nishimatsu, I. Tayasu & N. Okuda
  • 学会等名: Kyoto University and The University of Tokyo Global COE Joint Symposium
  • 発表場所: Univ. of Tokyo, Tokyo
• [学会発表] Next-generation RAD sequencing for the genome-wide genetic marker discovery and linkage analysis in Gnathopogon fishes (2012)
  • 著者名/発表者名: Kakioka, R., T. Kokita, H. Kumada, K. Watanabe & N. Okuda
  • 学会等名: Kyoto University and The University of Tokyo Global COE Joint Symposium
  • 発表場所: Univ. of Tokyo, Tokyo
• [学会発表] Grazing on the cyanobacterium Microcystis aeruginosa by the heterotrophic flagellate Collodictyon triciliatum in an experimental pond (2012)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Y., Y. Hodoki, K. Ohbayashi, H. Amano, T. Tanaka, N. Okuda & S. Nakano
  • 学会等名: Joint Meeting of the 59th Annual Meeting of ESJ and the 5th EAFES International Congress
  • 発表場所: Ryukoku Univ., Otsu
• [学会発表] The ancient Lake Biwa as a model of Asian lake ecosystems: historical and geographical patterns of biodiversity (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibata J., Z. Karube, Y. Sakai, T. Takeyama, I. Tayasu, Y. Satoh, S. Yachi, S. Nakano & N. Okuda
  • 学会等名: Joint Meeting of the 59th Annual Meeting of ESJ and the 5th EAFES International Congress
  • 発表場所: Ryukoku Univ., Otsu
• [学会発表] 非破壊的サンプリングによる高次捕食者の栄養段階の推定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大庭伸也・奥田昇
  • 学会等名: Joint Meeting of the 59th Annual Meeting of ESJ and the 5th EAFES International Congress
  • 発表場所: Ryukoku Univ., Otsu
• [学会発表] 水でつながる人の暮らしと琵琶湖の生物多様性 In:公開講演会「生物間相互作用が作り出す生物多様性」 (2012)
  • 著者名/発表者名: 奥田昇
  • 学会等名: Joint Meeting of the 59th Annual Meeting of ESJ and the 5th EAFES International Congress(招待講演)
  • 発表場所: Ryukoku Univ., Otsu
• [学会発表] The ancient Lake Biwa as a biodiversity hot spot: how to detect drivers of biodiversity loss? (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibata J., Z. Karube, Y. Satoh, S. Yachi, S. Nakano & N. Okuda
  • 学会等名: Planet Under Pressure
  • 発表場所: International Conference Center, London, UK
• [学会発表] 大久保賞受賞講演 食物網をめぐる生態学:群集構造と動態をむすぶ (2011)
  • 著者名/発表者名: 近藤倫生
  • 学会等名: 第21回日本数理生物学会年会
  • 発表場所: 東京(明治大学)(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] Functional diversity of predators alter ecosystem metabolism in experimental lake mesocosms (2011)
  • 著者名/発表者名: Fukumori, K., Y. Sakai, K. Nishimatsu, I. Tayasu, M. Kondoh, N. Okuda
  • 学会等名: The 5th International Symposium of the Biodiversity and Evolution Global COE project(招待講演)
  • 発表場所: Kyoto Univ., Kyoto
• [学会発表] Predator feeding functional diversity as a driver for lake food web alterations (2011)
  • 著者名/発表者名: Sakai Y., K. Fukumori, K. Nishimatsu,N. Okuda
  • 学会等名: The 5th International Symposium of the Biodiversity and Evolution Global COE project
  • 発表場所: Kyoto Univ., Kyoto(招待講演)
• [学会発表] 大久保賞受賞講演 食物網をめぐる生態学：群集構造と動態をむすぶ (2011)
  • 著者名/発表者名: 近藤倫生
  • 学会等名: 第21回日本数理生物学会年会(招待講演)
  • 発表場所: 東京（明治大学）
• [学会発表] 混成群集ネットワークと個体群動態の安定性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 舞木昭彦，近藤倫生
  • 学会等名: 個体群生態学会第27回大会
  • 発表場所: 岡山（岡山大学）
• [学会発表] Linkage map construction using sequenced restriction-site associated DNA markers in Gnathopogon fishes (2011)
  • 著者名/発表者名: Kakioka R., T. Kokita, H. Kumada, K. Watanabe & N. Okuda
  • 学会等名: The 5th International Symposium of the Biodiversity and Evolution Global COE project
  • 発表場所: Kyoto Univ., Kyoto
• [学会発表] Predator feeding functional diversity as a driver for lake food web alterations (2011)
  • 著者名/発表者名: Sakai Y., K. Fukumori, K. Nishimatsu & N. Okuda
  • 学会等名: The 5th International Symposium of the Biodiversity and Evolution Global COE project
  • 発表場所: Kyoto Univ., Kyoto
• [学会発表] 水界動物群集の「生物多様性‐生態系機能関係」を再考する：栄養段階の重要性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 奥田昇・苅部甚一・酒井陽一郎・武山智博・陀安一郎・由水千景・永田俊
  • 学会等名: 第76回日本陸水学会
  • 発表場所: 松江市（島根大学）
• [学会発表] タモロコ属魚類の湖沼適応の遺伝基盤の探索：次世代シーケンサーを利用したsRADマーカーによる連鎖地図作成とQTL解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 柿岡諒・小北智之・熊田裕喜・渡辺勝敏・奥田昇
  • 学会等名: 第44回日本魚類学会
  • 発表場所: 弘前市（弘前大学）
• [学会発表] 炭素・窒素安定同位体比から推定された霞ヶ浦北浦におけるワカサギの回遊範囲 (2011)
  • 著者名/発表者名: 荒山和則・奥田昇
  • 学会等名: 平成23年度日本水産学会秋季大会
  • 発表場所: 長崎市（長崎大学）
• [学会発表] 従属栄養鞭毛虫Collodictyon triciliatumのMicrocystis aeruginosaに対する摂食圧 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小林由紀・程木義邦・大林夏湖・天野一葉・田中拓弥・奥田昇・中野伸一
  • 学会等名: 第27回日本微生物生態学会
  • 発表場所: 京都市（京都大学）
• [学会発表] 殺さずにタガメの栄養段階を推定する：安定同位体分析のための非侵略的サンプリング法の確立 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大庭伸也・高橋純一・奥田昇
  • 学会等名: 第23回日本環境動物昆虫学会
  • 発表場所: 宮崎市（ホテルメリージュ）
• [図書] シリーズ現代の生態学9 淡水生態学のフロンティア (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田丈人他編, 奥田昇他分担執筆
  • 総ページ数: 269
  • 出版者: 共立出版
• [図書] 温暖化の湖沼学 (2012)
  • 著者名/発表者名: 永田俊他編, 奥田昇他分担執筆
  • 総ページ数: 289
  • 出版者: 京都大学出版会
• [図書] エコロジー講座 5 生物間相互作用が作り出す生物多様性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 日本生態学会編、奥田昇他分担執筆
  • 総ページ数: 69
  • 出版者: 文一総合出版
• [図書] A food web and its long-term dynamics in Lake Biwa: a stable isotope approach In: Lake Biwa: Interactions between Nature and People (2012)
  • 著者名/発表者名: Okuda, N., T. Takeyama, T. Komiya, Y. Kato, Y. Okuzaki, Z. Karube, Y. Sakai, M. Hori, I. Tayasu, T. Nagata
  • 出版者: Springer
• [図書] Encyclopedia of Theoretical Ecology (2012)
  • 著者名/発表者名: Kondoh, M., A. Hasting (Ed)
  • 総ページ数: 848
  • 出版者: University of California Press
• [図書] Lake Biwa: Interactions between Nature and People (2012)
  • 著者名/発表者名: Okuda N.
  • 総ページ数: 744
  • 出版者: Springer
• [図書] 生き物たちのつづれ織り・下巻 (2012)
  • 著者名/発表者名: 奥田昇
  • 総ページ数: 236
  • 出版者: 京都大学出版会
• [図書] Encyclopedia of Theoretical Ecology (2012)
  • 著者名/発表者名: Hasting A.
  • 総ページ数: 848
  • 出版者: University of California Press
• [図書] シリーズ現代の生態学９ 淡水生態学のフロンティア (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田丈人・鏡味麻衣子・加藤元海（編著） 奥田昇（分担執筆）
  • 総ページ数: 269
  • 出版者: 共立出版
• [図書] 温暖化の湖沼学 (2012)
  • 著者名/発表者名: 永田俊・熊谷道夫・吉山浩平（編著） 奥田昇（分担執筆）
  • 総ページ数: 289
  • 出版者: 京都大学出版会
• [図書] エコロジー講座5 生物間相互作用が作り出す生物多様性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 日本生態学会編 奥田昇（分担執筆）
  • 総ページ数: 69
  • 出版者: 文一総合出版
• [備考]
  • URL: http://www.ecology.kyoto-u.ac.jp/~nokuda/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.ecology.kyoto-u.ac.jp/~nokuda/contents.htm