大規模生物ネットワークの多様性，複雑性および安定性

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  • ダイキボ セイブツ ネットワーク ノ タヨウセイ フクザツセイ オヨビ アンテイセイ
  • Diversity, Complexity and Stability of Large-scale Biological Networks

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様々な生態系において，個体数と種数との間に特徴的なパターンが普遍的に観測されることが知られている．この，いわゆる「種の豊富さのパターン」の形成機構の解明は，環境保全などの多くの分野に多大な影響を与えることが予想される一方，前世紀の「生態学における未解決問題」の1 つとして知られ，いまだに多くの議論が続いている．これまでは，単一の栄養段階のうえでの競争系に基づく，本質的には1 種系のダイナミクスの解析が行われてきた．本稿では，様々な種が複雑な種間関係で相互作用するような一般的な個体群動態モデルに基づき，種の豊富さのパターンを解析的に導く最初の理論を示す．系の生産力に関係する単一のパラメータに依存して，異なる地域，異なる種構成において見られる様々な種の豊富さのパターンが再現される．さらに，山岳地帯や極地では少数の種が，一方熱帯雨林では多種が共存している理由も説明される．モデルは単純で一般的な形式を持つため，ここでの結果は，集団遺伝学，ゲーム理論，遺伝子発現など他の複雑な生物ネットワークで見いだされている同様のパターンの解明にも役立つことが期待される．

If we investigate the number of species and each population, some characteristic patterns will be observed universally in various ecosystems. Although vast areas of nature conservation will be impacted by the clarification of the mechanism of those “species abundance patterns (SAPs)”, it is, nevertheless, one of the “unanswered questions in ecology” in the last century and has aroused much controversy. This paper gives the first comprehensive theory that analytically derives the SAPs based on a general population dynamics of various types of species and interspecies relationships, while only competition in a trophic level was considered in previous studies. Various SAPs in different regions and of different species composition are derived from a single parameter about productivity, explaining why an alpine or polar region has few species and the tropics has many. As the model has a general form, the result can impact studies on other biological complex networks in population genetics, game theory and gene expression with similar patterns.

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