第４回宇宙総合学研究ユニットシンポジウム	  人類はなぜ宇宙へ行くのか~宇宙生存学における課題~	

宇宙箱舟からみえてくる	  生物多様性	
近藤 倫生	  龍谷大学 理工・JST	  さきがけ	差出人： Eri	  Mizumachi	  件名：ご講演のお願い	  日時:	  2011年1月14日 22:32:58JST	  宛先:	  近藤 倫生 <mkondoh@rins.ryukoku.ac.jp>	
・	  ・	  ・	  ・・・「宇宙箱船構想」です。	  
もしも、今、地球外惑星に、	  移住しなければならないとしたら、	  何を持って行きますか？？	  
食べ物を作るために、コメとかムギとか要りそう。	  
樹木が無い世界では、酸素が得られない？？	  
ゾウとかパンダとか捨てがたい、と言われそう。	  
む？？ゴキブリは？蚊は？	  
もしもこの世にいなかったら、どうなるのだろう？	  
そもそも、人間だって、連れて行ける人ばかりじゃない・・・	
・	  ・	  ・	  京都大学 物質-­‐細胞統合システム拠点	  科学コミュニケーショングループ	  水町 衣里	生態系サービス	

生態系サービスと人間の福利の関係	
Millennium	  Ecosystem	  Assessment	  (2005)	

宇宙箱船において	  生態系サービスをいかにして維持するか？	

生態系サービスの維持は簡単ではない	生態系サービスの維持は簡単ではない	
生態系は相互依存する生物間の	  絶妙なバランスのうえに成立	

EcoSphere（エコスフェア）�

EcoSphere（エコスフェア）�

The Original EcoSphere® is the world's first totally enclosed ecosystem - acomplete, self-contained and self-sustaining miniature world encased in glass…	

エコスフェア®は世界初の密封容器の中の生態系です：	

外からの力を借りることなく持続する完璧なミニチュアの世界がガラスケースの中に閉じ込められています…	

Ecosphere Associates, IncのHPより�

EcoSphere（エコスフェア）�

有機物�

酸素・食物�光�無機塩類・CO2	

The Original EcoSphere® is the world's first totally enclosed ecosystem - acomplete, self-contained and self-sustaining miniature world encased in glass… 	

EcoSpheres have an average life expectancy of two years.

エコスフェア®は世界初の密封容器の中の生態系です：	

外からの力を借りることなく持続する完璧なミニチュアの世界がガラスケースの中に閉じ込められています…	

エコスフェアの寿命は約2年間です。�
Ecosphere Associates, IncのHPより�
EcoSphere（エコスフェア）�

生態系サービスを長期的に	  安定して供給する唯一のシステム	  月周回衛星「かぐや」から見た地球	  JAXA	

菌類・地衣類	  その他の植物	   26,000種	
脊椎動物	  29,005種	
藻類	  59,811種	
12,520種	
被子植物	  258,650種	
その他の動物	  253,375種	

昆虫	  
950,000種	

The World Conservation Union (2007)	  現在知られている生物種の数 約1,589,361種	

St. Martin Island!

88km2	  ヒル	植物プランクトン	
St. Martin Islandの食物網	
http://www.foodwebs.orgより	

ブラックバス	

動物プランクトン	St. Martin Islandの食物網	
http://www.foodwebs.orgより	

生物多様性・複雑性の役割	  1.	  生態系機能の効率を高める	  2.	  撹乱に対する頑強性を支える 	

BIODEPTH!
(Biodiversity and Ecological Processes in Terrestrial Herbaceous Ecosystems)	
・人工草原を利用した大規模実験	  ・EUで８つの研究サイトが３年間の参加	  ・植物の種数を操作して，生物多様性の低下が物質生産におよぼす影響を評価	  ・種多様性は生産量を押し上げる効果がある	

Spehn	  et	  al.	  2005	

BIODEPTH!
(Biodiversity and Ecological Processes in Terrestrial Herbaceous Ecosystems)	

Hector	  et	  al.	  2010	
・植物による物質生産量の時間変化は種数に依存して変化した	  ・植物群集全体の生産性は種数が高くなるほど安定した	  ・個々の植物種の生産性は種数が高くなるほど不安定になった	  ・植物の種数が高い場合には種の交替が生じていることを示唆	

Cedar Creekでの草地実験 （Kennedy et al. 2002）!

・アメリカ合衆国ミネソタにおいておこなわれた操作実験	  ・種数の異なる（1~24種）在来植物の生育する147の草地プロットを準備	  ・草地プロットに14種の外来植物を人為的に導入し，侵入後の経過を比較	  ・在来植物の種数が多いほど，外来種の侵入を受けにくいことが明らかになった	では，「箱船」において生物多様性を実現するのは可能か？	

“…we consider a simple mathematical model for a manypredator-many-prey system, and show it to be in general lessstable, and never more stable, than the analogous onepredator-one-prey system.” Math. Biosci. 12, 59-79 (1971).	

Robert May	
局所安定の条件：	

i SC < 1
Sは種数；Cは結合度；相互作用強度は平均０，SDがiの正規分布	

複雑な生物群集は	  存続が困難	

BIOSPHERE2：Mission	  I	  (1991-­‐1993)	

・アメリカ合衆国アリゾナに200,000,000ドルを投じて建設	  ・敷地面積は12,700m2．雨林・サバン
ナ・砂漠・湿地・海・農地・ヒト生活圏からなる	  ・物質に関して閉鎖系（太陽光を利用）	  ・８個体のヒトの生存に必要な資源（酸素・食料・水）を2年間にわたって供給できるように設計	  ・人類にとって２つ目の「ヒトの生存可能な生物圏」となる予定であった	・豊富な栄養塩のため土壌細菌の呼吸が活性化．実験開始から480日で酸素濃度が21%から14%程度（海抜5,000m相当）にまで低下	  頭痛・吐き気	

Cohen & Tilman 1996	

Biosphere2における02・CO2濃度の時間変化	

・炭素のシンクとして導入されたアメリカアサガオ（Ipomoea hederacea）が他の植物を競争排除	  ・25種中19種の脊椎動物は絶滅．すべての花粉媒介者も絶滅した	  Ipomoea hederacea	地球上の自然生態系では	  なにが生物多様性を支えているのか？	

1. 多種共存を促進する秩序ある複雑性	  2. 外的撹乱に自律的に対処する構造的柔軟性	

1. 多種共存を促進する秩序ある複雑性	  2. 外的撹乱に自律的に対処する構造的柔軟性	相互作用強度は安定化に寄与している	

現実の値	

ランダムな値	The	  food	  web	  of	  Caribbean	  reef	  (Opitz	  1996)	  consisNng	  of	  208	  ﬁsh	  species	  and	  1973	  trophic	  links	  1. 多種共存を促進する秩序ある複雑性	  2. 外的撹乱に自律的に対処する構造的柔軟性	

食物網の柔軟な構造変化!

講師	
龍谷大学理工学部環境ソリューション工学科	

近藤 倫生	
Chesapeake Bay (Baird & Ulanowicz 1989)!

Lederderg River (Closs & Lake 1994)!

~!

Duffin Creek (Tavares-Cormer & Williams 1996)!
Cano Maraca (Winemiller 1990)!

・生物が他との関係性を柔軟に変化させるな
ら，食物網構造はもはや固定的ではない	  ・生物の行動に由来する食物網の柔軟性があると，多種の共存がより容易になる可能性	  ・柔軟性が多種共存を促進するには，生物種の多様性が準備されていることが不可欠	

Kondoh, M. (2005) Dynamic Food Webs. Academic Press.	

C=1.0!

N=8!

1. 地球の自然生態系を特徴づけるのは多様な生物種とそれらの間の複雑な関係性	  2. 生物多様性・複雑性は生態系機能の効率と頑強性を高める	  3. 単純な生態系は環境変動に対して脆弱で，変動環境下ではその機能を維持できないだろう	  4. しかし，単に複雑な生態系を構築しても多様な生物種は維持され得ない（複雑生態系構築は困難）	  5. さらに，柔軟にその振舞いを変える生物の制御は非常に困難になることが予想できる	  ■宇宙箱船への２つのアプローチ？	
自然生態系アプローチ	  （複雑生態系）	

無菌培養アプローチ	  （単純生態系）	

洗練されたBIOSPHERE	  2	巨大なecosphere	

高い	

低い	

種の組み合わせ依存	種の特性依存	

撹乱への頑強性	

高い	

低い	構築のしやすさ	

極めて困難	

比較的容易？	

自然生態系における複雑性維持機構の	  理解が不可欠	「純度」を保てるか？	  
環境変動・撹乱・コンタミを防ぐ	

イメージ	
複雑性・多様性	
機能の効率	課題	

J. H. Hidley 「ノアの方舟」�

あなたは妻子や嫁たちと共に箱舟に入りなさい。�
また、すべて命あるもの、すべて肉なるものから、二つずつ箱舟に連れて入り、あなたと共に生き延びるようにしなさい。（旧約聖書�「創世記」）�

講師	
龍谷大学理工学部環境ソリューション工学科	

近藤 倫生