種間相互作用：競争と捕食

2つの種が資源を共有する場合、または一方が他方を消費する場合、それらの個体群動態は結合し、競争的排除、共存、あるいは捕食者と被食者の連動した振動を生み出す。

Definition

このトピックにおける種間相互作用とは、競争種と消費者-資源ペアが互いの個体群成長に及ぼす個体群統計学的影響であり、競争と捕食の結合モデルを通じて分析される。

Scope

このトピックでは、個体群動態を最も強く形成する2種間の相互作用、すなわち、共有資源をめぐる種間競争と、捕食、草食、寄生を含む消費者-資源相互作用について扱う。ロットカ・ヴォルテラ競争方程式と捕食方程式、競争排除の原理、資源競争と見かけの競争、捕食者の機能的応答と数的応答、安定した共存または周期的な動態の条件について論じる。

Core questions

• 競争は種の排除と共存のどちらにつながるのか？
• ロットカ・ヴォルテラ方程式は競争と捕食をどのように記述するのか？
• 捕食者の機能的応答は捕食者-被食者動態をどのように形成するのか？
• 消費者-資源サイクルを安定化または不安定化させる要因は何か？

Key theories

競争排除の原理

同じ単一の制限資源をめぐって競争する2つの種は、無期限に共存することはできない。より効率的な競争者が他方を排除するか、ニッチの違いや他のメカニズムが競争を緩和しない限り、共存は不可能である。

ロットカ・ヴォルテラ動態と機能的応答

結合方程式は、攻撃率と変換率を通じて捕食者と被食者の密度を結びつけ、捕食者の機能的応答（その消費率が被食者密度とともにどのように飽和するか）は、相互作用が安定した平衡または振動をもたらすかを決定する。

Mechanisms

競争においては、各々の種が共有資源を減らし、それによって他方の個体あたりの成長を抑制する。結果は競争係数と環境収容力に依存し、共存には各々の種が競争相手よりも自身を強く制限することが必要である。捕食においては、被食者の成長は捕食者との遭遇に比例して減少し、捕食者の成長は消費された被食者に依存する。ホリングの機能的応答は、捕食者あたりの摂取量が被食者密度とともにどのように増加し飽和するかを記述し、捕獲時間と被食者の避難場所が安定性を調整する。

Clinical relevance

競争と捕食の理解は、生物的害虫駆除、外来種の管理、漁業と捕食者の保全、そして種の除去または追加が群集をどのように再形成するかを予測する上で役立つ。これは教育的な文脈であり、管理上の処方ではない。

History

ロットカとヴォルテラは1920年代に独立して競争方程式と捕食者-被食者方程式を導き出し、ガウゼは1930年代に原生動物を用いてそれらを実験的に検証し、競争排除の原理を定式化した。ホリングは1959年に捕食者の機能的応答を記述し、ティルマンの1980年代の資源競争理論は、資源利用における共存の基礎を築いた。

Debates

自然界の構造化において競争はどの程度重要か？

群集の構成を決定する上での競争と捕食、攪乱、偶然の相対的な重要性については活発な議論が行われ、野外実験では一部のシステムでは競争が強いが、他のシステムでは弱いか断続的であることが示されている。

Key figures

• Alfred Lotka
• Vito Volterra
• Georgy Gause
• C. S. Holling
• David Tilman

Seminal works

• begon2006
• gause1934
• holling1959

Frequently asked questions

競争排除の原理とは何ですか？

これは、全く同じ制限資源をめぐって競争する2つの種は無期限に共存できないと述べています。一方が他方を凌駕し排除するか、資源利用において異なるか、他の要因が介入しない限り、共存は不可能です。

捕食者の機能的応答とは何ですか？

機能的応答とは、捕食者あたりの捕食される被食者の数が被食者密度によってどのように変化するかを記述するものです。通常、各被食体を処理するのに時間がかかるため、増加した後に飽和します。