[A-CG38] Dynamics of Oceanic and Atmospheric Waves, Vortices, and Circulations

[ACG38-P01] A statistical mechanics of phytoplankton diversity

*Kunihiro Aoki¹, Yoshio Masuda² (1.Japan Agency for Marine Earth Science and Technology, 2.Faculty of Environmental Earth Science, Hokkaido University)

Keywords:Biodiversity, Statistical mechanics, Ocean ecosystem, Ocean circulation, Maximum entropy method

海洋では、競争排除の原理に反して、共通の資源を利用する複数種の植物プランクトンが共存しており、なぜ共存が可能なのかという事が長らく問題となってきた（Hutchinson, 1961）。成長速度の温度・光強度・栄養塩濃度への依存性（成長特性）の似通った多数種の植物プランクトンを導入した海洋生態系モデルの数値実験によれば、海洋循環が引き起こす植物プランクトンの分散は局所的な共存種数・多様性（α多様性）を増加させる(Masuda et al., 2020)。一方、分散は、種の絶滅にも寄与し、広域での共存種数・多様性(γ多様性)を減少させる(Lévy et al., 2014）。本研究では、平衡統計力学に基づいた理論的枠組みを構築することで、植物プランクトンの共存種数・α多様性・γ多様性が決まるメカニズムを理解することを目指す。基本描像を得るため、本研究ではまず、種固有の成長特性が環境要因によらず、循環場による分散等の他の環境要因も無い場合について検討した。この場合、成長資源である栄養塩をそれぞれの種にどの程度配分するかという、個体数を配分値とみなした分配問題となる。統計力学的推定法である最大エントロピー法に基づいて最適解を求めると、それぞれ成長特性に応じた個体数が得られる。このことは、限られた資源下においても複数種の局所的共存が可能であることを意味する。発表時には、成長特性の空間依存性、循環場に伴う分散効果を考慮した場合の結果についても紹介したい。