[論文レビュー] Tuna and billfish larval distributions in a warming ocean

Hirotaka Ijima, Marko Jusup|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2023

Marine and fisheries researchEnvironmental Science被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、1960年から1985年までの太平洋全域のマグロおよびイカダマグロの仔魚データセット（過去最大規模）を用いて訓練された地理統計学的種分布モデルを用い、大洋規模の季節的仔魚分布をマップ化し、海洋温暖化の影響を予測するとともに、主要な生物地球化学的要因を同定した。その結果、温暖化に対する種特異的な反応が明らかとなり、大多数のマグロ種は負の影響を受ける一方、太平洋クロマグロはその仔魚生息域における海水温上昇によって利益を被ると判明した。

ABSTRACT

Tuna and billfish are charismatic pelagic fishes attracting considerable scientific attention due to their ecophysiological and socioeconomic importance. However, the knowledge of their basin-wide spawning and larval habitats, especially in a warming ocean, is limited. This knowledge gap undermines effective fishery management by introducing recruitment uncertainty, which makes population dynamics unpredictable. We fill the gap with a parsimonious geostatistical species-distribution model trained on the largest available dataset on tuna and billfish larvae in the Pacific Ocean. The model reveals (i) the basin-wide seasonal larval distributions over the reference period 1960-85, (ii) the expected impact of ongoing ocean warming on these distributions, and (iii) the biogeochemical factors, such as pH, phosphate concentration, and sea-surface height, that shape the larval habitat. Our findings make a quantum leap in understanding the ecophysiology of tuna and billfish, providing valuable information for future conservation efforts.

研究の動機と目的

• マグロおよびイカダマグロの大洋規模の産卵および仔魚生息地動態に関する重要な知識の空白を埋めること、特に海洋温暖化下における動態を明らかにすること。
• 基準期間1960年～1985年における太平洋全域の季節的仔魚分布を再構築すること。
• 継続的進行中の海洋温暖化が、仔魚生息地の適合性および分布に与える影響を予測すること。
• pH、リン酸塩、海面高さなどの生物地球化学的要因が、仔魚生息地条件にどのように影響を与えるかを同定すること。

提案手法

• 太平洋全域の仔魚調査データ（1960年～1985年）を用いて、幾分単純化された地理統計学的種分布モデルを採用した。
• 種の識別、位置情報、サンプリング効率（m³·min⁻¹）、および海水温（SST）を用いて、24種または複数種のグループを対象にモデルを訓練した。特に、9種の明確に同定された種に焦点を当てた。
• 潜在的予測変数と空間時系列相関構造（Matérn共分散関数を用いて）を用いて、観測されない環境勾配と仔魚個体数の自己相関をモデル化した。
• 過分散の度合いが高いカウントデータ（仔魚密度）をモデル化するため、Tweedie分布を適用し、ゼロ過剰と非正規性に対応した。
• ランダム化された分位数残差（RQR）を用いた厳密なモデル診断により、過適合、誤指定、分布上の問題を検出した。
• 人工データを用いた妥当性検証および感度分析を通じて、モデルの頑健性を検証した。これには、単一種のデータを除外する操作や、温度反応に異なる関数形（例：放物線関数 vs. スプライン）を用いる代替手法が含まれた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 基準期間1960年～1985年の太平洋におけるマグロおよびイカダマグロの仔魚分布の大洋規模の季節的パターンは何か？
• RQ2 継続的進行中の海洋温暖化は、マグロおよびイカダマグロの仔魚生息地の空間的・季節的分布にどのように影響を与えるか？
• RQ3 pH、リン酸塩濃度、海面高さなどの生物地球化学的変数の中で、仔魚生息地適合性を最もよく予測するのはどれか？
• RQ4 異なる種は温暖化に対してどのように反応するのか？また、種間で顕著な相違（例：負の影響 vs. 正の影響）を示す理由は何か？

主な発見

• キビナマグロ、スケイジックマグロ、アオイカダマグロの仔魚は、赤道付近に広がる分布を示し、北半期（北半球夏季）には北上し、南半期（南半球夏季）には南下する傾向を示した。
• オニカジキマグロ、アマダマグロ、カマスズメ、スジイカダマグロ、イカリマグロの仔魚は、斑状で季節的に変化する生息地を占めており、赤道から離れた温暖な時期に強く関連していた。
• タイワンクロマグロの仔魚は、北西太平洋に限定され、北半球の春から夏にかけてのみ観察され、非常に局所的かつ季節的な産卵分布を示した。
• 4種のマグロ（オニカジキマグロ、キビナマグロ、アマダマグロ、スケイジックマグロ）に対して、海洋温暖化による負の集約的効果が予測された。これは、仔魚生息地の適合性が低下することを示唆している。
• カマスズメは温暖化下でも仔魚生息地にほとんど変化がなく、予想されるSST上昇に対して相対的に耐性があると考えられる。
• タイワンクロマグロおよび3種のイカダマグロ（スジイカダマグロ、アオイカダマグロ、イカリマグロ）は、温暖化によりコア地域で生息地適合性が向上すると予測され、正の集約的効果が見込まれる。