共同研究報告書
| 研究区分 | 一般研究 |
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研究課題 |
複雑ネットワーク理論を用いた植物個体群における競争過程の解明 |
| 新規・継続の別 | 新規 |
| 研究代表者／所属 | 静岡大工 |
| 研究代表者／職名 | 教授 |
| 研究代表者／氏名 | 横沢正幸 |
| 研究分担者／氏名／所属／職名 | |||
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氏 名
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所 属
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職 名
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1 |
中河嘉明 | 国立環境研 | 特別研究員 |
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2 |
原登志彦 | 北大低温研 | 教授 |
| 研究目的 | 植物個体群は構成個体間の相互作用の様式によって、個体数の動態や個体のサイズ分布・空間分布といったマクロ構造の時空間動態が決定される。したがって、構成個体間の相互作用の様式の情報は、植物個体群の時空間動態のメカニズムや結果として現れるマクロ構造の理解のためには欠かせない。しかし、これまでの個体間相互作用によって形成されるマクロ構造の研究では、パッチ内の全個体が相互作用したり、ほぼ一定数の近隣個体と相互作用するといったシンプルな仮定が置かれることが多かった。本研究では寒冷圏における樹木個体群を対象として、複雑ネットワーク解析の手法を用いて植物個体群の構成個体間の相互作用を解析することを目的とする。 |
| 研究内容・成果 | 1）はじめに、競争-成長モデルを北海道の久保池田のトドマツ実験林の毎木データをもとに、マルコフ連鎖モンテカルロ法とモデル選択により構築した。次に、この競争-成長モデルによって、ある個体が競争によってどの個体からどの程度の大きさの負の影響を受けているかを推定した。さらに、植物個体と負の影響を、それぞれノードとリンクに定義することで個体間競争ネットワークを構築し以下のネットワーク解析を行った。 2）まず、ネットワーク解析の指標として出次数を用いた結果を報告する。個体間競争ネットワークは、ロング・テイルな出次数分布（べき乗分布、或いは対数正規分布）を持つことが分かった。またハブになっていた個体はサイズの大きな個体であった。これは、少数の大サイズの個体が、多くの個体に対して非常に大きな（生存や成長にとって）負の影響を与えている一方、多くの個体は少数の小〜中サイズの個体に対して小さな負の影響しか与えていないことを意味する。この結果は、第一に、競争を基本的にレギュラーネットワークとする格子モデルを植物個体群のシミュレーションにおいて使うことが非現実的な結果をもたらすことを示す。第二に、この結果は個体群の脆弱性の傾向を明らかにする。一般にロング・テイルな次数分布をもつネットワークは、ハブへの選択的攻撃に弱いことが知られている。すなわち、伐採や害虫や病気などによる少数の大個体の選択的な消失（枯死）は個体間競争ネットワークと個体群ダイナミクスに劇的な影響をもたらすことが予想される。 3）次に、個体間競争ネットワークでは、競争の負の影響の連鎖によって正の間接影響が生じることが予想される。すなわち、個体jは個体kに負の影響を与えることによって個体kは成長抑制され小サイズのままになり、それにより個体kの個体iに与える負の影響も減少する。このとき、個体iの成長は個体jの存在によって促進されており、個体間で間接的に正の影響が生じている（図）。正の間接影響について以下の3点について調べた。（1）個体間競争だけから、先に予想したような正の間接影響が生じるか。（2）個体iからどれくらい離れた個体jが正の影響をより多く与えているか。（3）個体密度による正の間接影響の大きさの違いはあるか。その結果、複数の個体が競争を行なうだけで、その連鎖から正の間接影響が生じることが確認された。さらに、高密度では、影響を受ける個体（個体i）から比較的近い距離（約4m）で高い正の間接影響が観察された。従来、個体間競争により近隣個体間で大きな負の影響が発生させると考えられてきたが、同時に大きな正の影響も生じさせることが分かった。また正の間接影響の大きさは高密度になるほど大きくなった。従来、高密度では競争による負の影響が大きくなるだけだと考えられていたが、同時に個体間の正の影響も増大し、負の影響の効果を緩和していた。 |
| 成果となる論文・学会発表等 |
Y. Nakagawa， M. Yokozawa， T. Hara， Indirect facilitation induced by competition among plants. Nonlinear Theory and Its Applications， Vol.E7-N，No.2 (in press). 中河嘉明、横沢正幸、原登志彦、植物個体間の府の相互作用の連鎖から生まれる正の相互作用、日本物理学会第71回年次大会（2016年） |