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制限要因とは、システムの変数であり、出力またはシステム タイプの別の尺度に顕著な変化をもたらします。制限要因は、生産者から消費者などへと上昇する有機体のピラミッド型です。特定の開始条件の領域で制限しない要因でも、その要因を含む別の開始条件の領域では制限となる場合があります。
概要
ある要因を制限要因として特定することは、1 つ以上の他の非制限要因と区別してのみ可能です。複数の制限要因が同時に存在することを許容するかどうか (その場合は「共制限」と呼ばれる) に関して、分野によって用語の使用法が異なりますが、用語を使用する場合は、どの分野も少なくとも 1 つの非制限要因が存在することを条件としています。複数の要因が存在する場合、制限のシナリオはいくつか考えられます。最初のシナリオは、単一制限と呼ばれ、最大需要の要因 1 つだけがシステムを制限する場合に発生します。 連続共制限は、1 つの要因がシステムに直接制限効果を及ぼさないが、2 番目の要因の制限を増大させるために存在する必要がある場合です。3 番目のシナリオは、独立制限であり、 2 つの要因が両方ともシステムに制限効果を及ぼしますが、異なるメカニズムを介して作用する場合に発生します。もう 1 つのシナリオは、相乗制限であり、両方の要因が同じ制限メカニズムに寄与しますが、異なる方法で寄与する場合に発生します。[1]
1905年、フレデリック・ブラックマンは制限要因の役割を次のように明確に述べた。「プロセスの速度がいくつかの個別の要因によって条件付けられている場合、プロセスの速度は最も遅い要因のペースによって制限されます。」関数の大きさに関して、彼は次のように書いている。「関数の大きさが一連の可能な要因の1つによって制限されている場合、その要因の増加、そしてその要因のみの増加は、関数の大きさの増加をもたらすことがわかる。」[2]
エコロジー
個体群生態学において、調節因子（制限因子とも呼ばれる）[3]とは、個体群を平衡状態（時間の経過とともにサイズが増加も減少もしない状態）に保つものである。 [要出典]一般的な制限因子資源は、生態系内の生物または生物群の成長、豊富さ、または分布を制限する環境的特徴である。[4] : G-11 [5]制限因子の概念は、成長は利用可能な資源の総量ではなく、最も希少な資源によって制御されるというリービッヒの最小法則に基づいている。言い換えれば、ある要因の変化が生物の成長、豊富さ、または分布の増加をもたらし、その生物の生存に必要な他の要因がそうではない場合、その要因は制限的である。制限要因は、物理的または生物学的である。[4] : 417, 8
制限要因は、種の状態に限定されません。状況に応じて、いくつかの要因が増加または減少することがあります。制限要因の例としては、熱帯雨林の日光が挙げられます。熱帯雨林では、より多くの光が得られない限り、林床のすべての植物の成長が制限されます。これにより、生物学的プロセスに影響を与える可能性のある潜在的な要因の数は減少しますが、1 つの場所と時間に有効なのは 1 つだけです。常に1 つの制限要因があるというこの認識は、生態学において非常に重要であり、この概念は他の多くのプロセスにも類似しています。制限要因は、種の個体群間の競争も引き起こします。たとえば、スペースは制限要因です。多くの捕食者と被食者は、生存するために、食料、水、およびその他の生物学的ニーズなど、一定量のスペースを必要とします。種の個体数が多すぎると、それらのニーズをめぐって競争が始まります。したがって、制限要因により、一部の個体は他の場所でより良い見通しを求め、他の個体は留まって飢え死にすることで、ある地域の個体数が抑えられます。生物学における他の制限要因には、温度やその他の気象関連要因が含まれます。種は、マクロおよびミクロ栄養素の利用可能性によっても制限される可能性があります。草原の生態系では、共制限の証拠さえあります。2017年に発表された研究では、ナトリウム（微量栄養素）は単独では効果がないが、窒素とリン（マクロ栄養素）と組み合わせるとプラスの効果を示し、連続的な共制限の証拠であることが示されました。[1]
海洋学
海洋学では、制限要因の代表的な例として制限栄養素が挙げられます。淡水および海洋環境における栄養素の利用可能性は、どの生物が生き残り、繁栄するかを決定する上で重要な役割を果たします。栄養素は、生物活動をサポートするため、すべての生物の構成要素です。栄養素は、タンパク質、DNA、膜、細胞小器官、外骨格を作るために必要です。有機物質量の95%以上を構成する主要元素は、炭素、水素、窒素、酸素、硫黄、リンです。微量元素は、鉄、マンガン、コバルト、亜鉛、銅です。これらの微量元素は、微量しか存在しない場合が多いですが、酵素、トランスポーター、ビタミン、アミノ酸の一部として、共同制限要因として重要です。水生環境内では、窒素とリンがほとんどの制限栄養素の有力候補です。
レッドフィールド比の発見は、海水中の栄養素の利用可能性と生物におけるそれらの相対的存在量との関係を理解する上で大きな洞察となった。レッドフィールドは、海に生息する大型生物を観察する際に、炭素、窒素、リンの元素的一貫性に気付いた (C:N:P = 106:16:1)。[6]彼はまた、水柱内の栄養素の一貫性を観察した。硝酸塩とリン酸塩の比率は 16:1 であった。全体的な考え方は、環境がその中で成長する生物に根本的に影響を与え、成長する生物が環境に根本的に影響を与えるというものである。レッドフィールドは 1934 年の論文の冒頭で、「現在では、海の表面層におけるプランクトンの成長は、プランクトンが利用できるリン酸塩と硝酸塩の量によって部分的に制限され、海水中の特定の物質の相対量の変化は、生物活動によってその相対的な割合で決定されることがよく認識されている」と説明している。[7]レッドフィールドからの逸脱は、元素的制限を推測するために使用できる。制限栄養素は、溶解栄養素、浮遊粒子、沈降粒子などの観点から議論することができます。溶解栄養素の化学量論について議論する場合、元のレッドフィールド比からの大きな偏差により、環境がリン制限であるか窒素制限であるかを判断できます。浮遊粒子の化学量論について議論する場合、貧栄養水（シアノバクテリアが優勢な環境、低緯度/赤道）ではN:P比が高く、栄養豊富な生態系（珪藻が優勢な環境、高緯度/極）ではN:P比が低くなります。 [8]
多くの地域では窒素が著しく不足していますが、リンの不足も観測されています。多くの場合、微量金属または共不足が発生します。共不足とは、2 つ以上の栄養素が同時にプロセスを制限することを意味します。栄養素の需要は生物、ライフサイクル、環境条件によって異なるため、単一の制限要因を特定することは困難です (例: 熱ストレスにより、生物学的修復のための栄養素の需要が増加する可能性があります)。
ビジネスとテクノロジー
AllBusiness.com では、制限要因を「特定の製品の生産や販売を制限または制限する項目」と定義しています。例としては、「機械の稼働時間と労働時間の制限、材料と熟練労働者の不足。その他の制限要因としては、展示スペースや倉庫スペースの立方フィート数、運転資金などが挙げられます。」[9]この用語は、技術文献でも頻繁に使用されています。[10] [11]
ビジネスを制限する要因の分析は、 「The Goal」で紹介されているプログラム評価およびレビュー手法、クリティカル パス分析、制約理論の一部です。
化学
化学反応で化学製品を生成する化学量論では、特定の割合で供給された量で、反応物の 1 つが他の反応物よりも先に反応によって消費されることが観察または予測される場合があります。この試薬の供給によって、製品の量が制限されます。この制限試薬によって、反応の理論的な収量が決定されます。他の反応物は、制限されない、または過剰であると言われています。この区別は、化学平衡が製品に有利で、反応物の 1 つが完全に消費される場合 にのみ意味を持ちます。
反応速度論の研究では、反応の進行速度は、反応物または触媒の 1 つの濃度によって制限される場合があります。多段階反応では、最終生成物の生成に関して、1 つの段階が律速となる場合があります。 生体内、つまり生物または生態系では、このような要因が律速となる場合があり、また、生物学的、地質学的、水文学的、または大気的輸送および化学反応を含む多段階プロセスの全体的な分析では、反応物の輸送が制限となる場合があります。
参照
参考文献
- ^ ab Kaspari, Michael; Roeder, Karl A.; Benson, Brittany; Weiser, Michael D.; Sanders, Nathan J. (2017-02-01). 「ナトリウムは草原の食物網において主要栄養素を共同制限し触媒する」.生態学. 98 (2): 315–320. Bibcode :2017Ecol...98..315K. doi : 10.1002/ecy.1677 . ISSN 1939-9170. PMID 27936500.
- ^ FF ブラックマン (1905)「最適条件と制限要因」、Annals of Botany、 doi :10.1093/oxfordjournals.aob.a089000
- ^ Francois Messier (1991 年 6 月)。 「ヘラジカとオジロジカの人口動態における制限要因と規制要因の重要性」。動物生態学ジャーナル。60 (2): 377–393。Bibcode :1991JAnEc..60..377M。doi :10.2307/5285。JSTOR 5285 。
- ^ ab Thomas M. Smith、Robert Leo Smith。2009年。または簡単に言えば、制限要因とは、個体群がそれ以上大きく成長することを妨げるものである。生態学の要素。ピアソン国際版。第7版。
- ^ 「制限因子 - 生物学オンライン辞書」。2019年11月10日。
- ^ Redfield, AC (1958). 「環境中の化学因子の生物学的制御」(PDF) . American Scientist .
- ^ Redfield, AC (1934). 「海水中の有機誘導体の割合とプランクトンの構成との関係について」(PDF)。James Johnstone Memorial : 176–192。
- ^ ベニテス・ネルソン、クラウディア（2018年）。「生命の構成要素：海洋から分子スケールへ、そして再び」。YouTube 。 2023年2月19日閲覧。
- ^ 「ビジネス定義: 制限要因 (制約要因)」。AllBusiness ビジネス用語集。2013年4 月 28 日閲覧。
- ^ Sheriff, A.; Bouchlaghem, D.; El-Hamalawi, A.; Yeomans, S. (2012). 「英国を拠点とする建築・エンジニアリング組織における情報管理：推進要因、制約要因、障壁」。Journal of Management in Engineering。第 28 巻、第 2 号。170 ～ 180 ページ。
- ^ John Leslie King、Vijay Gurbaxani、Kenneth L. Kraemer 、F. Warren McFarlan、 KS Raman、CS Yap (1994 年 6 月)。「情報技術イノベーションにおける制度的要因」。情報システム研究。5 (2): 139–169。doi :10.1287/isre.5.2.139。
さらに読む
- Raghothama, KG & Karthikeyan, AS (2005). 「リン酸獲得」、植物と土壌274: 37-49。
- テイラー、WA (1934)。「種の分布と天然資源の管理における極端または断続的な条件の重要性、リービッヒの最小法則の再述」、エコロジー15: 374-379。
- シェルフォード、VE（1952）。環境関係におけるペア要因とマスター要因。イリノイ科学アカデミー紀要、45：155-160
- Sundareshwar, PV, Morris, JT, Koepfler, EK, および Fornwalt, B. (2003)。「沿岸生態系プロセスのリン制限」、Science 299: 563-565。