個人から集団、コミュニティへ：ライフヒストリーの多様性を含む海洋生態系のサイズスペクトルの動的なエネルギー予算モデル

個々の代謝、捕食者と育ての関係、および生物多様性の役割は、食物網のダイナミクスと環境変動に対する反応の根底にある主要な要因です。それらの重要な、補完的で相互作用する影響にもかかわらず、それらは通常、現在の海洋生態系モデルで同時に見なされません。このギャップを埋めて、これらの要因とその相互作用が現実的なコミュニティ構造とダイナミクスが出現するのに十分であるかどうかを判断するために、機械的に個人、人口、コミュニティレベルを統合する海洋コミュニティのサイズ構造ダイナミクスの数学的モデルを策定します。。このモデルは、非常に小さな種から非常に大きな種から非常に大きなものに及ぶ相互作用する魚種の無限の数によって、時間とサイズの両方で生成されるエネルギーの移動を表しています。これは、動的エネルギー予算理論（DEB）の標準的な個人レベルの仮定と、日和見サイズベースの捕食や食物の競争などの重要な生態学的プロセスに基づいています。DEB理論の特異的なボディサイズのスケーリング関係にかかっているため、生活史特性（つまり生物多様性）の多様性が明示的に統合されています。モデルの固定ソリューションと、環境シグナル（例えば、一次生産と温度の変動性）が生態系を通じて伝播するときに発生する過渡溶液は、数値シミュレーションを使用して研究されています。密度依存のフィードバックプロセスがない場合、モデルは不安定な振動を示すことが示されています。密度依存の学校教育の確率と学校教育依存の略奪的および疾患の致命は、定常ソリューションに到達することを可能にする重要な安定化因子であることが提案されています。コミュニティレベルでは、得られた準線形定常スペクトルの形状と勾配は、経験的研究とよく一致します。一次生産の振動をシミュレートすると、モデルは、より大きなサイズで減少する前に、特定の周波数依存サイズの範囲でスペクトルに沿って変動性が伝播すると予測します。種レベルでは、シミュレーションは、小型および大種類がコミュニティを連続して支配していることを示しています（小さな種は小型サイズでより豊富であり、大規模では大規模な種がより豊富です）。再び経験的研究を裏付けています。我々の結果は、個々の成長と生殖、サイズ構造の栄養相互作用、生活史特性の多様性、密度依存性安定化プロセスの同時考慮により、現実的なコミュニティ構造とダイナミクスが任意の処方箋なしで出現できることを示しています。モデル構造の論理的な結果として、将来の研究の基礎として、任意のサイズについて、生態系の総バイオマスに対する各種の相対的な寄与として関数φを定義します。この機能は、コミュニティの構造（その種の組成）がその機能（損失、散逸、生物学的研究の相対的な割合）に与える影響を特徴付ける生物多様性の機能的役割の尺度であると主張します。

Individual metabolism, predator-prey relationships, and the role of biodiversity are major factors underlying the dynamics of food webs and their response to environmental variability. Despite their crucial, complementary and interacting influences, they are usually not considered simultaneously in current marine ecosystem models. In an attempt to fill this gap and determine if these factors and their interaction are sufficient to allow realistic community structure and dynamics to emerge, we formulate a mathematical model of the size-structured dynamics of marine communities which integrates mechanistically individual, population and community levels. The model represents the transfer of energy generated in both time and size by an infinite number of interacting fish species spanning from very small to very large species. It is based on standard individual level assumptions of the Dynamic Energy Budget theory (DEB) as well as important ecological processes such as opportunistic size-based predation and competition for food. Resting on the inter-specific body-size scaling relationships of the DEB theory, the diversity of life-history traits (i.e. biodiversity) is explicitly integrated. The stationary solutions of the model as well as the transient solutions arising when environmental signals (e.g. variability of primary production and temperature) propagate through the ecosystem are studied using numerical simulations. It is shown that in the absence of density-dependent feedback processes, the model exhibits unstable oscillations. Density-dependent schooling probability and schooling-dependent predatory and disease mortalities are proposed to be important stabilizing factors allowing stationary solutions to be reached. At the community level, the shape and slope of the obtained quasi-linear stationary spectrum matches well with empirical studies. When oscillations of primary production are simulated, the model predicts that the variability propagates along the spectrum in a given frequency-dependent size range before decreasing for larger sizes. At the species level, the simulations show that small and large species dominate the community successively (small species being more abundant at small sizes and large species being more abundant at large sizes) and that the total biomass of a species decreases with its maximal size which again corroborates empirical studies. Our results indicate that the simultaneous consideration of individual growth and reproduction, size-structured trophic interactions, the diversity of life-history traits and a density-dependent stabilizing process allow realistic community structure and dynamics to emerge without any arbitrary prescription. As a logical consequence of our model construction and a basis for future studies, we define the function Φ as the relative contribution of each species to the total biomass of the ecosystem, for any given size. We argue that this function is a measure of the functional role of biodiversity characterizing the impact of the structure of the community (its species composition) on its function (the relative proportions of losses, dissipation and biological work).