[論文レビュー] Fish Biomass Structure at Pristine Coral Reefs and Degradation by Fishing

Abhinav Kumar Singh, Hao Wang+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2008

Coral and Marine Ecosystems Studies参考文献 21被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、サンゴ礁に見られる逆転した生物量ピラミッドを説明する、避難所に基づく生態モデルを提案している。特に、頂点捕食者が全魚類生物量の85%を占める未開発のサンゴ礁において、捕食者-被捕食者ダイナミクスと避難所メカニズムを組み合わせることで、サンゴ礁被覆率が捕食者:被捕食者生物量比を上昇させることを示している。また、特に被捕食者に対する漁獲がこの構造を破壊し、ピラミッドを下部が重い構造へと変化させることを示している。

ABSTRACT

Coral reefs around the world have experienced a dramatic decline during the past 25 years. Overfishing is believed to play a major role. There is significant interest in stabilizing and restoring damaged reefs, and first steps include understanding the functioning of reefs in their natural state and examining the effects of fishing. The isolated Kingman and Palmyra reefs are believed to provide a baseline for the natural state of coral reefs. At Kingman, it was recently discovered that apex predators constitute 85% of the total fish biomass. This is in sharp contrast to most reefs, where the prey biomass substantially dominates the total fish biomass. The recent study at the two pristine reefs also indicates that the predator:prey fish biomass ratio is an increasing function of reef cover. Based on these field observations, we model the fish biomass structure at a pristine coral reef. Since the prey hide from predators in the coral, a key component of our model is a refuge. Our model yields both the inverted biomass pyramid and the increasing dependence of the predator:prey biomass ratio on reef cover. Thus, refuge may provide a general new mechanism in ecology to create an inverted biomass pyramid, that does not require mass action interactions between predators and prey. We add various forms of fishing to our model, and show that sufficiently high fishing pressure with quite general types of fishing transforms the inverted biomass pyramid to be bottom heavy. We also show that prey fishing alone has the same effect.

研究の動機と目的

• キングマンおよびパルマイラ礁をベースライン例として用い、未開発のサンゴ礁の自然な生物量構造を理解すること。
• 通常の下部が重いピラミッドと対照的に、未開発のサンゴ礁で頂点捕食者が魚類生物量の大部分を占める理由を調査すること。
• 質量作用に基づく捕食者-被捕食者相互作用に依存せずに、逆転した生物量ピラミッドを可能にする生態的メカニズムを同定すること。
• さまざまな漁獲圧がサンゴ礁魚類の生物量構造に与える影響をモデル化し、自然のピラミッドを逆転させる可能性を評価すること。

提案手法

• 捕食者に避難所を設け、礁被覆率が高くなるほど捕食リスクが低下する数学的モデルを開発する。
• 捕食者および被捕食者個体群を用いて魚類生物量ダイナミクスをモデル化し、捕食率を礁被覆率および避難所の利用可能性に依存させる。
• キングマンおよびパルマイラ礁でのフィールド観察から導かれた、礁被覆率を関数とする捕食者:被捕食者生物量比をモデルに組み込む。
• 捕食者選択的漁獲および一般化漁獲を含むさまざまな漁獲シナリオをシミュレートし、生物量構造への影響を評価する。
• さまざまな漁獲強度下で、逆転した生物量ピラミッドが維持可能か、あるいは破壊されるかをモデルで検証する。
• キングマン礁での85%の捕食者生物量および礁被覆率の増加に伴う捕食者:被捕食者比の上昇を示す実証データと、モデルの結果を照合して妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 未開発のサンゴ礁で、頂点捕食者が全魚類生物量の85%を占める逆転した生物量ピラミッドを可能にする生態的メカニズムは何か？
• RQ2 礁被覆率は、自然のサンゴ礁システムにおける捕食者:被捕食者魚類生物量比にどのように影響するか？
• RQ3 質量作用の強い捕食者-被捕食者相互作用を必要としない、避難所に基づくモデルが、逆転した生物量ピラミッドを説明できるか？
• RQ4 漁獲圧、特に被捕食者に対する漁獲が、逆転したピラミッドから下部が重い構造へと生物量構造をどれほど変化させるか？
• RQ5 異なる漁獲タイプおよび強度下で、モデルが生物量構造の一貫したシフトを予測できるか？

主な発見

• 避難所に基づくモデルは、未開発のサンゴ礁で観察された逆転した生物量ピラミッドを的確に再現しており、頂点捕食者が全魚類生物量の85%を占めている。
• 捕食者:被捕食者生物量比は、礁被覆率が高くなるほど上昇し、キングマンおよびパルマイラ礁でのフィールド観察と整合的である。
• モデルは、古典的な捕食者-被捕食者質量作用ダイナミクスに依存せずに、避難所メカニズムのみで逆転した生物量ピラミッドを生成できることを示している。
• 十分に高い漁獲圧が加われば、漁獲の選択性に関わらず、逆転ピラミッドは下部が重い構造に変化する。
• 被捕食者に対する漁獲のみで十分に、自然の生物量構造が破壊され、捕食者:被捕食者生物量比が逆転する。
• モデルは、漁獲による礁の劣化が、サンゴ礁システムの生態的ベースラインを根本的に変える可能性を示している。