2011 年、生態学者の Ryan Chisholm は、世界中の 12 の異なる森林の樹木調査データを調べていました。これらの場所には 4,000 種以上の木が生えており、その数は年々増減しています。数字が描いた絵は、生態系のタイムスケールで、種の運命がほぼ一晩で変化する可能性がある生態系のものでした。たとえば、Inga marginata と呼ばれる光沢のある葉の小さな木 2005 年にパナマの森林区画に 400 個体がいた。 2010 年までにその数はほぼ 2 倍になりました。
ただし、12 の森林すべてで、1 つの詳細が特に注目されました。変化の速度と規模は、理論生態学の主要な理論の 1 つによって予測されたものとはまったく異なりました。ニュートラル セオリーと呼ばれるこの考えに基づくモデルは、驚くほど単純な情報を入力するだけで、地形上の種の分布を説明できることを示しています。しかし、ここでその理論は崩壊していました。 「これらの変動がどれほど大きいかを見てください」とチザムは言いました。 「そして、彼らはとにかく巨大です。それらは、中立的な理論が予測するものよりもはるかに大きい. …桁違いに大きい」
ポスドクとして働いていたパナマのスミソニアン熱帯研究所でチザムが講演を行ったとき、彼は他の人々が同じことに気づいていたことを知りました。その成功が何であれ、ニュートラル理論は変化をうまくモデル化できませんでした。種が絶滅するのにかかる時間の見積もりでさえ、現実よりも数十倍から数百倍長くなる可能性があります.それ以来、さまざまなグループからの論文が殺到しました。これには、チザムによるものや、昨日 Ecology に登場した共同研究者も含まれます。 、次の質問に答えてください:中立的な理論を適応させて、時間の経過に伴う変化を示すことはできますか?また、美しく単純なモデルを、モデルを損なうことなく複雑で複雑な生物学とより密接に結びつけることは可能でしょうか?
ニュートラル モデルでは、種に関係なく、生態系内の各個体は同じ適合度から始まります。年月が経つにつれ、死ぬか繁殖するかを決定するために、比喩的なサイコロが各個体ごとに振られます。新しい個体がコミュニティの境界の外から到着し、時々新しい種が発生します。時間の経過とともに、これらのプロセスの結果がこのポケット ユニバースに蓄積されます。このモデルには、種間の違いや、ある種が繁栄し、別の種が失敗する可能性があるニッチについて、またはハリケーンや干ばつが襲ったかどうかについては何も含まれていません。しばらくすると、このポケット ユニバースを研究している生態学者は、一時停止ボタンを押して、この領域がどのように進化したかを確認するかもしれません。モデルの設定方法に応じて、生態学者は、たとえば、各種の個体数や、種が風景全体にどのように配置されているかを調べることができます。
熱帯雨林やサンゴ礁などの特定の場所では、この方法で生成された画像は、遠く離れたジャングルの樹木や海底のサンゴ種を数えているフィールド生物学者の観察と非常によく似ています。 「ニュートラル理論は、自然の複雑性の多くが、少なくとも最初の概算として、最も適者ではなく最も幸運な者が生き残り繁栄するものであると仮定する非常に単純なモデルによって概算できることを提案したため、ヒットしました。エルサレムのヘブライ大学で理論生態学を専攻している大学院生のマイケル・カリューズニー氏は、次のように述べています。 「驚くべきことに、この理論は、多くの生態学的コミュニティにおける種の共通性、希少性、および数を説明することに非常に成功しました。」
この理論の成功は、生態学者が生態系でパターンを生成している可能性のあるものを理解するのに役立つため、重要です。たとえば、世界中の熱帯雨林にある樹種の大部分が希少であるというのは不可解な事実です。希少種が数を上回り、最終的には一般的な種に取って代わられると予想されますが、代わりに希少種が存続します。ほとんどの生態学的モデルは、この状況を模倣できません。しかし、それはたまたまニュートラル理論の最も成功した成功の 1 つであり、希少性の永続性には、ランダム性と新種の移民よりも複雑なことは何も必要としないことを示唆しています.
生物多様性の大規模なパターンを理解することは、基礎科学への有用性を超えて、実際的な意味を持ちます。シンガポール国立大学のチザム研究室のポスドクであり、新しい論文の筆頭著者である Tak Fung は、保全管理者が希少種と一般的な種の分布をより完全に理解していれば、彼らの管理下にある生態系をより適切に処理できると述べています。 .
しかし、ニュートラルなモデルは、静止画像の生態学者がシミュレーションを一時停止したときに見ることができる場合にのみ機能します。つまり、スナップショットが必要な場合です。モデルの一般的な効果を見るのではなく、時間の経過とともに複数のポイントでモデルがどのように動作するかを確認したい場合、現実への類似性は崩壊します。現実の世界では、Inga marginata のようなケースがあります。 5 年間でその数が 2 倍になり、一般的です。しかし、ニュートラル モデルによると、ある国勢調査から別の国勢調査へとこの木がその個体数を 2 倍にする可能性は、約 10 分の 1 であるとチザムは計算します。 「何が欠けているのか、どのような要因が種の個体数の大きな変動を引き起こしているのかを知りたいのです」と Fung 氏は述べています。
Fung らは、環境変化の影響が欠けている可能性があると考えています。寒波や熱波、洪水などは、種の適応度に劇的な影響を与える可能性があります。これらの変化は長期的に重要であり、その影響が積み重なって生態系の進化に影響を与えるという考え方です。新しい研究では、チームはパナマとマレーシアの 2 つの森林に焦点を当てています。ほぼ 30 年にわたる国勢調査データを使用して、彼らは各森林の 2 つの対照的なモデルを提示します。 1 つのモデルはニュートラル モデルで、もう 1 つのモデルには環境の変化を反映するための追加のバリエーションが含まれています。
2 番目のモデルでは、森のすべての個体に対してサイコロが振られるのではなく、種ごとにサイコロが振られます。特定の種の 1 つの個体が悪い年を迎えると、その種のすべてのメンバーが悪い年になります。そして、ある個体が良い年を迎えれば、種全体も良い年になります。このプロセスは、環境の変化が広範囲に及ぶ場合に何が起こるかを反映することを目的としています。たとえば、干ばつが森を襲ったとします。乾燥した環境で繁栄する種は増殖しますが、多くの水を必要とする種は繁殖できません。 「これが 1,000 個体の個体群で何を意味するかを考えてみると、」チザム氏は次のように述べています。あるいは、彼ら全員が悪い年を迎え、その多くが死亡し、大幅に減少する可能性があります。」
研究者は、それぞれのシミュレーションを何千回も実行して、各モデルの結果の範囲を確認しました。 (この作業により、コンピューター クラスターは何ヶ月も忙しくなりました。) 次に、森林からの実際のデータ (何ヘクタールにもわたって苦労して集められた木の数) がその範囲内にあるかどうかを調べました。
どちらのモデルも、希少種と一般的な種の混合をよく近似していることがわかりました。 2 つのモデルは、種の総数と個体の総数の両方も予測しました。しかし、環境分散を考慮したモデルだけが、長年にわたる各種の個体数の変化を概算できます。
彼と彼の同僚は、環境変化を組み込んだ別のモデルで同様のものを発見したため、この研究に関与していないKalyuzhnyにとってはエキサイティングな発見です.これらの発見の前に、余分な変動の導入が中立理論の能力を再現し、変動を説明できるかどうかは誰も知りませんでした.現在、少なくとも 2 つのグループがそれが可能であることを発見しています。
プリンストン大学の生態学者で、中立説に関心を持っているスティーブ・パカラ氏は、中立説に興味を持っているが、彼自身はそれに焦点を当てていないと述べた。彼は、中立的な理論やそれに似た他のアイデアは、必ずしも多くの生態学者に人気があるとは限らないと指摘しています。 「生物学者は特定のものを尊重するように教えられています」と彼は言いました。 「優れた野外生物学者、特に熱帯生物学者になるということは、熱帯雨林で何かを見て、他の誰もできないことを特定すること、または特別で新しくて美しく素晴らしいものを発見することを意味します。ここでは、有機体の特別な性質がまったく問題にならないかのようにシステムをモデル化し、かなりの量を正しくしようとする多くの人々がいます。 … この論文の著者は本当にその分野の先駆者だと思います。彼らはかなりの抵抗を受け続けていますが、おそらく正しいと思います。」
それでも、この研究では、いくつかの重要な疑問が未解決のままです。カリフォルニア大学ロサンゼルス校の生態学者で、中立的な理論を最初に開発したスティーブ・ハッベルは、この論文や同様の論文は、理論が長期的に機能するためには、少なくともいくつかの種。一般的な種の変動を予測するには、希少な種よりも環境の分散の方が重要であるように思われる、と彼は述べた。おそらく、希少な種は、すでに中立的な理論に焼き付けられている種類のランダム性に最も敏感だからだ.
しかし、この研究では、どのような形態の環境変動が人口規模の変化を引き起こしたのかを説明していないと彼は指摘します。 「実際に何が原因なのかという観点から、この変動の原因について、この論文からは何も学べません」と彼は言いました。 "私はそれを買います;本当だと思います。次に何をするように指示されていますか？知らない。より大きな分散を引き起こす可能性のあるものは無数にあり、1 つの可能性があり、これまたはそのメカニズムを特定するために必要なデータを理解することは重要な問題です。」
そのため、新しいモデルはより優れた予測をもたらしますが、原因と結果の興味深い問題に取り組むために、生態学の 3,000 フィートの視点からまだ降りていません。洪水、干ばつ、カブトムシの疫病、気温上昇など、自然の恐ろしい可能性をいくつか挙げると、どの摂動が個人への影響から長期的に生態系を形成するように拡大しているのかは明らかではありません。そして、これらの理論によって描かれた全体像は、フィールド バイオロジーの詳細で乱雑で入り組んだ世界へと消えていき、他の種が埋めることのできないニッチを種が占めている可能性があるのはどこでしょうか?未解決の問題です。
Fung 氏のグループは、特定の環境変化が彼らのモデルに見られる効果を生み出すことができるかどうかをテストする方法を検討していると述べた。 「難しい質問だ」と彼は言った。 「焦点を当てたいものを賢く選ぶ必要があると思います。」気温と降水量の変化が候補となる可能性が高いですが、チームはまず、これらの変化とモデルで使用される数値との関係を解読する必要があります。つまり、雨、熱、または嵐がさまざまな種の適応度にどのように影響するかを判断する必要があります。 Fung の見解では、この作業は今後 20 年間にわたって展開されるでしょう。
中立的な理論に詳細を追加すると、多くの異なる生態系にわたる一般的なパターンの予測という、その得意分野が妨げられるように見えるかもしれません。しかし、それは許容できるトレードオフかもしれません。新しい論文の共著者である、イリノイ大学アーバナ シャンペーン校の理論生態学者 James O'Dwyer は、中立理論のような生態学のハイレベルなアイデアは、理想気体の法則、方程式気体の一般的な性質を非常によく説明する物理学から。低温や高圧など、非定型のシステムについて予測するために、科学者は別の一連のより具体的な法則を使用します。同様に、中立的な理論への適応を開発する必要があるかもしれません.
どのモデルが最終的に最も成功するかは関係なく、チザム氏は、環境の変化が生態系の種の多様性にどのように影響するかという問題は、常に重要性を増していると述べました。 「将来、環境の差異が増加するとしたら、多様性への影響はどうなるでしょうか?」彼は言った。 「生態系について予測を行うには、環境変動の優れたモデルが本当に必要です。私たちの仕事はその方向への一歩です。」
