東北大学は5月18日、生物多様性を知るための指標として知られていたシャノン・ウィーナー指数(H')をもとに算出できる3つのD指標を用いることで、食物網の複雑な構造を捉えられることを示したと発表した。

同成果は、総合地球環境学研究所の加藤義和 研究員、陀安一郎 教授、東北大学の近藤倫生 教授、森林総合研究所の吉村真由美 室長らの研究グループによるもの。詳細は、生態学の国際誌「Ecology Letters」に掲載された。

  • 解きほぐしがなされた後の食物網におけるD指標。

    解きほぐしがなされた後の食物網におけるD指標。四角は、それぞれの種のバイオマス(現存量)のうち、各栄養段階に分配された分量を示す。(出所:東北大学Webサイト)

生物の「食う－食われるの関係」がさまざまな種の間で複雑に結ばれる結果、それらの関係の総体は「食物網」と呼ばれるネットワーク構造を取る。生物多様性がヒトの生活にもたらす恵みの数々は、食物網の構造とも強く関係している。

生物多様性と食物網構造の間には、密接な関係があると考えられているが、どのような関係があるのかを明らかにする方法は限られていた。そこで研究グループは、食物網の構造を捉えるための手法を開発した。

従来から知られていた「栄養ネットワークの解きほぐし」という手法では、食物網をより単純なカタチで表現することができる。また同手法により、生物多様性を表すH'を3つの異なる指標(D指標)へと数学的に分解できることが知られていたが、これらの指標の意味は判明していなかった。今回の研究では、これらのD指標が、H'では捉えることのできなかった食物網構造の重要な特徴を示す指標であることを示した。

また、D指標が自然界の食物網構造を本当に捉えることができるのか明らかにするため、4つの河川のさまざまな地点で調査採集を行い、それぞれの地点について、水生無脊椎動物の食物網を構築した。

  • 水生無脊椎動物の食物網を構築した河川。

    水生無脊椎動物の食物網を構築した河川。左上から時計回りに、護摩壇山試験地内の渓流(和歌山県)、安曇川の上流部(滋賀県)、有田川の中流部(和歌山県)、野洲川の下流部(和歌山県)。 (出所:東北大学Webサイト)

さらに、食物網内でのつながりを明らかにしてD指標を計算するために、生物の体に含まれる炭素・窒素の安定同位体を測定。生物の現存量については、それぞれの動物の乾重量を測った。その後、食物網の間で指標を比較した結果、H'の値に差はなくても、D指標の値が大きく異なる場合があることがわかった。それに加えて、D指標の地点間での違いは、河川生態系の季節変化や流程変化、人間活動の影響などによって説明できることがわかった。このことは、食物網構造の特徴を示す指標としてD指標が役に立つことを示すものだという。

  • スギ人工林の皆伐と再植林が、林内を流れる渓流の食物網に及ぼす影響。ここでは、DRへの影響のみを示す。

    スギ人工林の皆伐と再植林が、林内を流れる渓流の食物網に及ぼす影響。ここでは、DRへの影響のみを示す。上段には、伐採・再植林後の経過年数に応じた DRの変化を示す。下段には、経過年数に応じてDRが変化するメカニズムを示す。 (出所:東北大学Webサイト)

なお、今回の成果を受けて研究グループは、今後、世界各地の食物網でD指標を比較することにより、「それぞれの食物網の構造はどのような特徴を持っているのか?」あるいは「さまざまな食物網が共通して持っている構造上の特性は何か?」といった生態学上の問題に迫ることができるとしている。加えて、食物網構造に起きた変化の検出にもD指標は利用できるため、漁業資源の管理や野生生物の保全などへの応用が期待されるとのことだ。