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デイジーワールド（元々は「デイジーワールド」[1] [2] ）は、進化生態学と個体群生態学における用語であり、生態圏の生物相と惑星環境との「結合」の側面に関する研究に由来しており、特に数学的モデリングとコンピューターシミュレーションを通じて、1982年から1983年にかけて行われた一連のシンポジウム発表や、ガイア仮説の妥当性を検討することを目的としたジェームズ・E・ラブロックとその同僚による一次研究報告にまで遡る研究である。[3]後には地球圏と生物圏の相互作用のモデル化とも呼ばれるようになった[ 4] [非一次資料が必要]ラブロックの 1983 年の報告書は、仮想の惑星の生物相（元の研究でヒナギク）に焦点を当てたもので、その成長は惑星の太陽光線の露出が変動するのに応じて変動する[3] [検証が必要]つまり、異なる色によって環境（特に太陽）との相互作用が異なる 2種類のヒナギクの品種である。 [1] [2]デイジーワールド型の実験への言及は、より広義には、その初期の研究の延長、および類似種と無関係な種を含むさらなる仮想システムを指すようになった。[3] [検証が必要]
より具体的には、地球上のあらゆる生物群とその環境入力のあらゆる相互作用を数学的にモデル化することは不可能であることから、[3]ラブロックは、はるかに単純な生態系（生物群の最低限界にある惑星が、放射エネルギーがゆっくりと変化している恒星を周回する）というアイデア（および数学モデルとシミュレーションによるアプローチ）を導入し、地球上のすべての生物群と太陽の相互作用の基本要素を模倣する手段とした。[要出典] 1983年のオリジナルの著作では、デイジーワールドはさまざまな単純化の仮定を立て、光を反射または吸収する能力を持つ白いデイジーと黒いデイジーだけを生物として取り上げていた。[要出典]元のシミュレーションでは、2 つのデイジーの個体群（これらを組み合わせることで惑星全体の反射力（表面で反射される入射光の割合）が決定されます）と、仮想の恒星の光度の変化の関数としてのデイジーワールドの表面温度がモデル化されました。これにより、ラブロックは、2 つの植物種の分布の変化の結果として、単純なデイジーワールド システムの表面温度が太陽の変動の広範囲にわたってほぼ一定のままであることを実証しました。[要出典]
概要、1983年のシミュレーション
ウッドと同僚は、1983年のラブロックによるデイジーワールド（当時はまだデイジーワールド、または小文字で同じだった）に関する2つの主要な研究論文を引用した2008年のレビューで、[1] [2] [5] は、この仮説はラブロックのガイア仮説に対する初期の批判に応えて策定されたものであり、具体的には「惑星の自己制御は、生物側の先見や計画を必要とせずに、生命とその環境との間の物理的に現実的なフィードバックから自動的に生じる可能性があることを実証するために発明された」モデルであると述べている。[3]
地球上の生物群とその環境の「結合」を完全に表現することは不可能であるため、仮説モデルは
は、地球とほぼ同じ距離を周回する、時間とともに明るくなる太陽のような恒星である架空の灰色の世界です。環境は... 温度という 1 つの変数に縮小され、生物相は、成長に最適な温度と成長の限界を共有する、黒と白のデイジーという 2 種類の生命で構成されています。デイジーワールドの土壌は、温度だけでデイジーの成長率を決定できるほど十分に水分と栄養分に富んでいます。この惑星には大気の温室効果がほとんどないため、表面温度は... [仮想の恒星の]明るさと [惑星の] 全体的なアルベド[反射力、表面で反射される入射放射線の割合] によって単純に決定され、アルベドは、2 種類のデイジーの覆い具合によって左右されます。[3]
この仮説的構成は、数学的モデリングにおいて、「興味深い自己制御特性を備えた」非線形システムを生み出します。[3]
目的と影響
このモデルの目的は、フィードバック機構が、古典的な集団選択機構ではなく、利己的な[説明が必要]生物の行動や活動から進化できることを示すことです。 [出典が必要] Daisyworldは、黒いデイジーと白いデイジーという2種類の植物が生息する惑星のエネルギー収支を調べます。デイジーの色は惑星のアルベドに影響を及ぼし、黒いデイジーは光を吸収して惑星を温め、白いデイジーは光を反射して惑星を冷やします。デイジー間の競争（成長率に対する温度の影響に基づく）により、デイジーの成長に最適な惑星温度に近い温度を好む傾向がある個体群のバランスが生まれます。
ラブロックは、デイジーワールドの太陽を主系列に沿って進化させ、太陽定数を低いものから高いものに変えることで、デイジーワールドの安定性を実証しようとした。デイジーワールドの太陽放射の受け取りのこの摂動により、デイジーのバランスは徐々に黒から白に変化したが、惑星の温度は常にこの最適値に調整されていた（太陽進化の極端な端を除く）。この状況は、温度が調整されておらず、太陽出力に比例して上昇する、 対応する非生物界とは非常に異なっている。
批判
デイジーワールドは、地球の表面が生物と同様の恒常性と恒常性を示すというガイア仮説には本質的に神秘的な何かがあるという考えを反駁するために設計された。 [要出典]具体的には、体温調節が取り上げられた。
ウッドとその同僚は2008年に、デイジーワールドの仮説的構成の重要な要素は、焦点となる種である
「ヒナギクは、局所レベルと地球レベルで同じ環境変数（温度）を同じ方向に変化させます。したがって、個体レベルで選択されたものは、その地球規模の影響に直接結びついています。これにより、元のモデルは特別なケースになります（そして、現実世界では特に普及していません）。進化生物学者は、この理由で元のモデルをしばしば批判します。」[3]
ガイア仮説は、科学者たちからかなりの批判を集めている。例えばリチャード・ドーキンスは、惑星レベルの温度調節は惑星の自然淘汰なしには不可能であり、温度調節を行わなかった死んだ惑星の証拠が関係している可能性があると主張した。 [6] [要ページ] W・フォード・ドゥーリトルは、惑星調節の概念を、生物間の「秘密の合意」、つまり惑星規模での何らかの説明のつかない目的を必要とするように思われたため、否定した。[7] [8]他の人々は、惑星調節には何らかの「秘密の合意」が必要であるという批判に反論し、2つの種にとって有益な惑星の温度調節は自然に生じると示唆した。[9] [要非一次資料] [要検証]
デイジーワールドに対するその後の批判は、デイジーワールドが地球のアナロジーとしてよく使われるものの、元のシミュレーションでは実際の地球システムの重要な詳細が数多く省略されているという事実に集中している。[要出典]たとえば、この仮想システムでは恒常性を維持するためにアドホックな死亡率 (γ) が必要であり、種レベルの現象と個体レベルの現象の違いが考慮されていない。[要出典]シミュレーションの批判者は、これらの詳細を含めるとシステムが不安定になり、誤ったアナロジーになると信じていた。[要出典]これらの批判に対して、ティモシー・レントンとジェームズ・ラブロックは 2001 年に反論し、さらなる要因を含めることでデイジーワールドの後のバージョンで気候調節を改善できると主張した。[10] [非一次ソースが必要]
その後の研究
デイジーワールドの後のバージョンでは、研究分野を「地球圏と生物圏の相互作用のチュートリアルモデリング」と定義し、灰色のデイジーや草食動物、捕食動物の個体群を導入し、これらが恒常性の安定性をさらに高めることを発見しました。[10] [4] [非一次資料が必要]
さらに最近では、地球の実際の生化学サイクルをモデル化し、さまざまな種類の生物（光合成者、分解者、草食動物、一次および二次肉食動物など）を使用した他の研究も、惑星の生物学的多様性に関連するアイデアを支持して、デイジーワールドのような規制と安定性を生み出したと主張しています。[引用が必要]これにより、種間の自然選択によって得られた規制の枠組み内で栄養素のリサイクルが可能になり、ある生物の有害な廃棄物が別のギルドのメンバーの低エネルギー食品になります。[引用が必要]たとえば、窒素とリンのレッドフィールド比に関する研究は、局所的な生物プロセスが地球システムを制御する可能性があることを示唆しています。 [11] [非一次ソースが必要]
その後、デイジーワールドシミュレーションはウサギやキツネなどの種も含め拡張され、種の数が多いほど[12]、地球全体の体温調節機能が向上するという提案に至り、このような仮説上のシステムは摂動を受けても堅牢かつ安定していることが示唆された。[13] [要ページ]環境が安定していたデイジーワールドシミュレーションでは、時間の経過とともに徐々に多様性が低下した。対照的に、穏やかな摂動は種の豊富さの爆発的な増加につながり、生物多様性が貴重であるという考えを裏付けた。[13] [要ページ]
この発見は、ミネソタ州の遷移草原と在来草原における種の構成、動態、多様性に関する 1994 年の一次研究報告書によって裏付けられており、その報告書では「より多様性のある植物群落の一次生産性は、大規模な干ばつに対してより耐性があり、より完全に回復する」と結論付けられています。彼らはさらに、「結果は多様性の安定性仮説を支持するが、ほとんどの種が機能的に冗長であるという代替仮説を支持するものではない」と付け加えています。[14] [一次以外の情報源が必要] [15] [検証が必要]
地球との関連性
デイジーワールドは、大気や動物がなく、植物は 1 種のみ、最も基本的な人口増加と死亡のモデルのみなど、非常に単純であるため、地球と直接比較することはできません。これは、元の著者によって非常に明確に述べられています。それでも、地球の生物圏が人間の干渉などにどのように反応するかについて、いくつかの有用な予測を提供しました。デイジーワールドのその後の改良 (以下で説明) では、複雑さが何層も追加されましたが、それでも元のモデルと同じ基本的な傾向を示しました。
シミュレーションの予測の 1 つは、生物圏が気候を調節し、広範囲の太陽輝度にわたって居住可能にするということです。これらの調節システムの例は地球上で多数発見されています。 [要出典]
参照
さらに読む
- Andrew J. Wood、GJ Ackland、JG Dyke、HTP Williams、TM Lenton (2008 年 1 月 5 日)。「Daisyworld: レビュー」。Reviews of Geophysics。48 ( RG1001): RG1001。Bibcode : 2008RvGeo..46.1001W。doi : 10.1029 /2006RG000217。オリジナル研究とその後の関連研究の 25 年間の回顧を提供する 1 件のレビュー。
- Lovelock, JE (1983a)。「大気を通して見たガイア」。Westbroek, P. & Jong, EW d. (ed.)。バイオミネラリゼーションと生物学的金属蓄積。ドルドレヒト、オランダ：D. Reidel。pp. 15–25。ISBN 9789400979468. 2024年7月24日閲覧。
1982年6月2日～5日、オランダ、レネッセで開催された第4回バイオミネラリゼーション国際シンポジウムで発表された論文
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: editors list (link)この研究は、ラブロックによるデイジーワールド構築に関する1983年の2つの最初の出版物のうちの1つとして、Wood et al (2008) 前掲書に引用されています。
- ラブロック、JE (1983b)。「デイジーワールド—ガイア仮説のサイバネティック証明」CoEvolution Quarterly (夏): 66–72 。 2024年7月24日閲覧。この研究は、ラブロックが1983年にデイジーワールド構造について発表した2つのオリジナル論文のうちの1つとして、Wood et al (2008) 前掲書に引用されています。
- Watson, AJ ; JE Lovelock (1983). 「地球環境の生物学的恒常性：デイジーワールドの寓話」Tellus B . 35 (4): 286–9. Bibcode :1983TellB..35..284W. doi :10.3402/tellusb.v35i4.14616 . 2024年7月24日閲覧。これはデイジーワールドの最初の報告ではなく、特定の追加問題をテストするために設計された追跡調査です。ウッドら (前掲) が注意深く説明しているように、「ワトソンとラブロック [1983] は、黒いデイジーの群落の暖かい部分で発生した対流がその上に白い雲を生成すると仮定して、デイジーの色と惑星の温度の相互作用の符号を逆転させました。この場合、黒いデイジーは白いデイジーよりも局所的に暖かいままですが、両方のデイジーの種類が惑星を冷却します。したがって、黒いデイジーは常に白いデイジーに対して選択的優位性を持ち、白いデイジーを絶滅に追いやります。それでも、惑星の温度は、成長に最適な温度よりも寒い側ではあるものの、依然として制御されています。
- Lovelock, JE & Watson, AJ (1982). 「二酸化炭素と気候の調整。ガイアか地球化学か?」. Planet. Space Sci. 30 (8): 193–202. Bibcode :1982P&SS...30..795L. doi :10.1016/0032-0633(82)90112-X.
1981 年 8 月 17 日～18 日、西ドイツ、ハンブルクで開催された IAMAP/ICPAE シンポジウム「惑星大気の起源と進化」で発表された論文。これは、惑星の恒常性が化学組成と気候に影響を与えるというガイア仮説のレビューです。いくつかの批判に答え、CO2 分圧の生物学的制御による平均表面温度の長期調整に関する新しいモデルを紹介します。
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)記事全文については、著者が提供したこの Web ソースも参照してください。
- モスマン、ケイト & ラブロック、ジェームズ (2019 年 7 月 31 日)。「ジェームズ・ラブロック生誕 100 周年:「私の人生はビジョンの塊でした」」(インタビュー)。NewStatesman.com 。ロンドン、イギリス: New Statesman Limited。2024年7 月 24日閲覧。
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)この記事に関連するいくつかのトピックの歴史を、ラブロックの視点から紹介するインタビュー（WF ドゥーリトルの反論に敬意を表して言及）。
- Doolittle, WF (2019年10月). 「オピニオン：ガイアの進化的意味を理解する」. Trends in Ecology & Evolution . 34 (10): 889–894. doi :10.1016/j.tree.2019.05.001. PMID 31155421. 2024年7月24日閲覧。ドゥーリトルによる、ガイアと関連研究に関する最近の短い回顧録。
参考文献
- ^ abc Lovelock, JE (1983a)。「大気を通して見たガイア」。Westbroek, P. & Jong, EW d. (ed.)。バイオミネラリゼーションと生物学的金属蓄積。ドルドレヒト、オランダ：D. Reidel。pp. 15–25。ISBN 9789400979468. 2024年7月24日閲覧。
1982年6月2日～5日、オランダ、レネッセで開催された第4回バイオミネラリゼーション国際シンポジウムで発表された論文
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: editors list (link)この研究は、ラブロックによるデイジーワールド構築に関する1983年の2つの最初の出版物のうちの1つとして、Wood et al (2008) 前掲書に引用されています。 - ^ abc Lovelock, JE (1983b). 「デイジーワールド—ガイア仮説のサイバネティック証明」CoEvolution Quarterly (Summer): 66–72 . 2024年7月24日閲覧。この研究は、ラブロックが1983年にデイジーワールド構造について発表した2つのオリジナル論文のうちの1つとして、Wood et al (2008) 前掲書に引用されています。
- ^ abcdefgh Andrew J. Wood; GJ Ackland; JG Dyke; HTP Williams; TM Lenton (2008 年 1 月 5 日). 「Daisyworld: A Review」. Reviews of Geophysics . 48 (RG1001): RG1001. Bibcode :2008RvGeo..46.1001W. doi : 10.1029/2006RG000217 .
- ^ ab von Bloh, W.; Block, A.; Parade, M.; Schellnhuber, HJ (1999年4月15日). 「地球圏と生物圏の相互作用のチュートリアルモデリング：浸透型生息地の断片化の影響」(PDF) . Physica A: 統計力学とその応用. 266 (1): 186–196. Bibcode :1999PhyA..266..186V. doi :10.1016/S0378-4371(98)00590-1. ISSN 0378-4371.[一次資料以外の情報源が必要]
- ^ 構文に関する注記: 1983 年のオリジナルの Lovelock 論文では、仮説上のシステムの名前を「daisy world」と表記し、それが連結して登場する場合には「daisyworld」と表記しています (文頭以外はすべて小文字)。2008 年に Wood らが発表したレビューの時点では、システム名を連結してタイトル ケースで表記するスタイルが一貫していたようです。冒頭の引用を除いて、この記事でのすべての登場は、最近の Wood の慣例に従っています。Lovelock (1983a) と (1983b)、および Wood ら (2008)、op. cit を参照してください。
- ^ ドーキンス、R (1982)。拡張された表現型：遺伝子の長い到達範囲。オックスフォード大学出版局。ISBN 0-19-286088-7。[全文引用が必要]
- ^ Doolittle, WF (1981年春)。「自然は本当に母性的なものか?」CoEvolution Quarterly : 58–63。
- ^ ちなみに、これらの新ダーウィニストのどちらも、ラブロックの著書に示された惑星の調節を示唆する幅広い証拠を詳細に検討せず、進化の過程に関する最新の見解と矛盾するとしてその理論を却下した。[誰によると? ] [引用が必要]
- ^ Sagan, D. & Whiteside, JH (2004)。「勾配減少理論: 熱力学と生命の目的」。Stephen H. Schneider、James R. Miller、Eileen Crist、Penelope J. Boston (編)。科学者がガイアを議論: 次の世紀。MIT Press。pp. 173–186。doi :10.7551/ mitpress /9780262194983.003.0017。ISBN 978-0-262-19498-3。
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)[一次資料以外の情報源が必要] - ^ ab Lenton, TM& Lovelock, JE (2001). 「Daisyworld再考: 惑星の自己調節に対する生物学的影響の定量化」Tellus Series B . 53 (3): 288–305. Bibcode :2001TellB..53..288L. doi :10.1034/j.1600-0889.2001.01191.x.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)[一次資料以外の情報源が必要] - ^ Downing, Keith & Zvirinsky, Peter (1999年10月1日). 「生化学ギルドのシミュレートされた進化：ガイア理論と自然選択の調和」 .人工生命. 5 (4): 291–318. doi :10.1162/106454699568791. PMID 10829084. 2024年7月24日閲覧。
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)[一次資料以外の情報源が必要] - ^ガイア理論では、生態系の安定性における 生物多様性の役割について 2 つの見解がある。オーストラリアの生態学者ブライアン・ウォーカーが提唱した「種の冗長性」仮説と呼ばれる学派では、ほとんどの種は全体として安定性にほとんど貢献していないと考えられており、飛行機の乗客が飛行の成功にほとんど貢献していないのと似ている。この仮説は、健全な生態系には少数の重要な種だけが必要であることを示唆している。ポール・R・エーリッヒと妻のアン・H・エーリッヒが提唱した「リベットポッパー」仮説では、生態系の一部を形成するそれぞれの種を、（生態系で表される）飛行機のリベットに例えている。種の漸進的な減少は、飛行機からのリベットの漸進的な減少を反映しており、飛行機はもはや持続不可能となり墜落するまで弱体化する。Leakey & Lewin (1996)、前掲書を参照。
- ^ ab ジェームズ・ラブロック (2000) [1988]. ガイアの時代: 生きた地球の伝記 (第2版、改訂版)。オックスフォード大学出版局。pp. 213–216。ISBN 978-0-19-286217-4。
- ^ Tilman, David & Downing, John A. (1994). 「草原の生物多様性と安定性」(PDF) . Nature . 367 (6461): 363–365. Bibcode :1994Natur.367..363T. doi :10.1038/367363a0. S2CID 4324145. 2011年9月27日時点の オリジナル(PDF)からアーカイブ。
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)[一次資料以外の情報源が必要] - ^ リーキー、リチャード E. & ルーウィン、ロジャー (1996)。第 6 の絶滅: 生命のパターンと人類の未来。ニューヨーク、NT: ペンギンランダムハウス-ノップフダブルデイ。pp. 137–142。ISBN 9780385468091. 2024年7月24日閲覧。
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)引用されたページはこのリンクからはアクセスできないことに注意してください。
外部リンク
- 多くのオプションを備えたオンライン DaisyWorld シミュレーター (HTML5/Javascript)
- 2D 空間上の Daisyworld 用 Java アプレット
- 空間デイジーワールドモデルJavaアプレットと進化を伴うデイジーワールドの説明
- Daisyworld の Unix/X11 シミュレーション。
- ガイア仮説のモデリング: DaisyWorld 2D セルオートマトンを使用した基本的な Daisyworld モデルのテスト アプレット。
- Daisyworld モデルの NetLogo バージョン。