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2026-03-31 09:00:00
私たちは食べたものでできています。そして海では、ほとんどの生命体が植物プランクトンから食料を得ています。これらの微細な植物のような藻類は、オキアミ、カタツムリ、一部の小魚、クラゲの主な食料源であり、それらはさらに、人間を含む海のトップ捕食者の餌となる大型の海洋動物の餌となります。
現在、マサチューセッツ工科大学の科学者たちは、植物プランクトンの組成と海の基本的な食事が気候変動とともに大きく変化することを発見しています。
オープンアクセス研究で 今日の日記に掲載される 自然 気候変動、チームは次のように報告しています。 今後 1 世紀にわたって海面温度が上昇すると、極地の植物プランクトンは、タンパク質が少なくなり、炭水化物が多くなり、全体的に栄養素が少なくなるように適応することになるでしょう。
この結論は、海水温、循環、海氷面積の変化に応じた植物プランクトンの組成をシミュレートするチームの新しいモデルの結果に基づいている。人間が2100年まで温室効果ガスを排出し続けるというシナリオでは、研究チームは、特に極地における海洋状況の変化により、植物プランクトンのタンパク質のバランスが炭水化物と脂質に約20パーセント変化することを発見した。研究者らは過去数十年間の観測結果を分析し、現実世界におけるこの変化の兆候をすでに発見している。
「私たちは極地を一種のファストフードの海に向かって進んでいます」と筆頭著者でMIT博士研究員のシュロミット・シャロニは言う。 「この予測に基づくと、海洋表層の栄養組成は今世紀末までに大きく変化するでしょう。」
この研究の MIT 共著者は、Mick Follows、Stephanie Dutkiewicz、Oliver Jahn です。ロードアイランド大学の猪村圭介氏とともに。カナダ、ハリファックスのダルハウジー大学のゾーイ・フィンケル、アンドリュー・アーウィン、モハマド・アミリアン。カリフォルニア大学デイビス校のエルワン・モニア氏。
栄養成分表示
植物プランクトンは、太陽に照らされた海洋の上層を漂います。陸上の植物と同様に、海洋微細藻類も光合成をします。その成長は、太陽からの光、大気からの二酸化炭素、深海から湧き出る窒素や鉄などの栄養分によって決まります。
植物プランクトンが気候変動にどのように反応するかを研究する際、科学者たちは主に、海水温の上昇が植物プランクトンの個体数にどのような影響を与えるかに焦点を当ててきました。プランクトンの組成が変化するかどうか、またどのように変化するかについては、あまりよくわかっていない。
「植物プランクトンの栄養価が気候変動とともに変化する可能性があるという認識は以前からありました。しかし、その疑問に直接対処する取り組みはほとんどありませんでした。」とシャローニ氏は言います。
彼女と同僚は、海洋条件が植物プランクトンの高分子組成にどのような影響を与えるかを理解することに着手しました。高分子とは、生命にとって不可欠な大きな分子です。高分子の主な種類には、タンパク質、脂質、炭水化物、核酸 (DNA と RNA の構成要素) が含まれます。植物プランクトンを含むあらゆる生命体は、特定の環境での生存を助ける高分子のバランスで構成されています。
「生体内のほとんどすべての物質は、このような広範な分子形態をとっており、それぞれがその生体が置かれている状況に応じて特定の生理学的機能を持っています」と地球大気惑星科学科の教授であるフォローズ氏は言う。
バランスの悪い食事
新しい研究で研究者らはまず、今日の海洋状況が植物プランクトンの高分子組成にどのような影響を与えるかを調べた。研究チームは、ダルハウジーの共同研究者が実施した実験室実験のデータを使用しました。これらの実験により、植物プランクトンのタンパク質から炭水化物などの高分子のバランスが、水温の変化や光と栄養素の利用可能性に応じてどのように変化するのかが明らかになりました。
研究グループは、これらの実験室ベースのデータを用いて、実験室のプランクトンがさまざまな光と栄養素の条件下でタンパク質と炭水化物のバランスをどのように再調整するかをシミュレーションする定量モデルを開発した。次に、シャローニと猪村は、この新しいモデルを、以前に MIT で開発された海洋循環と海洋力学の確立されたモデルと組み合わせました。このモデリングの組み合わせを使用して、世界のさまざまな地域およびさまざまな気候シナリオの下で、海洋条件に応じて植物プランクトンの組成がどのように変化するかをシミュレーションしました。
チームはまず、今日の現在の気候条件をモデル化しました。観察と一致して、彼らのモデルは、今日の平均的な植物プランクトン細胞の半分強がタンパク質で構成されていると予測しています。残りは炭水化物と脂質の混合物です。
興味深いことに、極地では植物プランクトンのタンパク質がわずかに多くなります。極では海氷に覆われ、植物プランクトンが吸収できる太陽光の量が制限されます。研究者らは、植物プランクトンが弱い太陽光を効率的に吸収できるように、より多くの光を集めるタンパク質を作ることで適応したのではないかと推測している。
しかし、将来の気候変動シナリオをモデル化したところ、研究チームは植物プランクトンの組成に大きな変化があることを発見しました。彼らは、人類が 2100 年まで温室効果ガスを排出し続けるシナリオをシミュレーションしました。このシナリオでは、海洋の海面温度が摂氏 3 度上昇し、海氷の面積が大幅に減少します。気温の上昇により、海洋の循環が制限され、深海から循環できる栄養素の量も制限されます。
これらの条件下では、モデルは、以前の研究と一致して、極地における植物プランクトンの増殖の個体数が大幅に増加すると予測しています。ユニークなことに、このモデルは、極地の植物プランクトンがタンパク質に富む組成から炭水化物と脂質の多い組成に移行すると予測します。彼らは、海氷が減れば生物が太陽光を吸収しやすくなるため、プランクトンは光を集めるタンパク質をそれほど必要としないことを発見した。これらの極地の植物プランクトンの総タンパク質レベルは最大 30% 減少し、それに対応して炭水化物と脂質の寄与が増加します。
炭水化物と脂質を多く含む植物プランクトンの個体数が増加すると、海洋食物網の残りの部分にどのような影響を与える可能性があるかは不明です。タンパク質の減少によってストレスを受ける生物もいるかもしれないが、冬を乗り切るために脂質を蓄える生物も繁栄するかもしれない。
研究チームはまた、亜熱帯の高緯度地域における植物プランクトンのシミュレーションも行った。これらの海域では、植物プランクトンの個体数が 50% 減少すると予想されています。そして、チームのモデル化は、チーム構成も変化することを示しています。
気温が上昇すると、海の循環が遅くなり、深海から湧き出る栄養分の量が制限されます。これに応じて、亜熱帯の植物プランクトンは、十分な日光と栄養のバランスをとるために、より深いところで生息する方法を見つける必要があるかもしれません。これらの条件下では、生物は、極性の生物があまり必要としない同じ光合成タンパク質を利用する、わずかにタンパク質が豊富な組成に移行する可能性が高い。
結局のところ、気候変動に伴う植物プランクトンの個体数の変化が予測されることを考慮すると、世界中の植物プランクトンの平均組成は、より炭水化物が多く、栄養素の少ない組成に移行するでしょう。
研究者らはさらに一歩進んで、彼らのモデリングが、他の科学者が以前に北極および南極地域から収集した、利用可能な実際の植物プランクトンのフィールドサンプルの小さなセットと一致していることを発見しました。研究チームのモデルが気候温暖化の下で予測しているように、これらのサンプルは、植物プランクトンの組成が過去数十年にわたって炭水化物と脂質の割合が高くなったことを示した。
「これらの地域では、すでに海氷が溶け始めているため、気候変動が見られます」とシャローニ氏は説明する。 「そして私たちのモデルは、極地プランクトンのタンパク質が減少している一方で、炭水化物と脂質が増加していることを示しています。」
「北極では気候変動が加速していることが判明し、植物プランクトンの組成がすでに反応していることを示すデータがある」とフォローズ氏は付け加えた。 「主なメッセージは次のとおりです。海洋食物網の根元にあるカロリー量はすでに変化しつつあります。そして、この変化が食物網を通じてどのように伝わるかについては明確な話ではありません。」
この研究は、シモンズ財団によって部分的に支援されました。
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