次に息を吸うとき、その酸素の多くは微細な海洋藻類にまで遡ることができることを覚えておく価値があります。光合成によって酸素を生成する彼らの能力は、海に沈殿する鉄粉によって支えられています。
米国科学アカデミー紀要に掲載されたラトガース大学の新しい研究は、この重要なプロセスがどのように機能するのか、そしてなぜそれが地球上の生命にとって重要なのかについて、より明確な全体像を提供しています。
鉄と海の酸素生産者
海洋植物プランクトンは、海の食物網の根元に存在する小さな藻類です。これらの生物は、成長し機能するために重要な微量栄養素である鉄に依存しています。鉄は主に砂漠や乾燥地帯からの空気中の粉塵や、氷河から放出される溶けた水を通じて海に到達します。
ラトガース校ニューブランズウィック校ビジネス・天然資源担当ベネット・L・スミス教授で、この研究の共著者であるポール・G・ファルコウスキー氏は、「人が吸う呼吸には、植物プランクトンから放出される海からの酸素が含まれている」と述べた。 「私たちの研究は、鉄が海洋の広大な領域で植物プランクトンが酸素を作る能力の制限要因であることを示しています。」
鉄分が不足すると、光合成が遅くなるか、完全に停止します。光合成は、酸素を放出しながら光エネルギーを化学エネルギーに変換するプロセスです。このプロセスが停滞すると、植物プランクトンの成長が遅くなり、太陽光の摂取が減り、大気から除去する二酸化炭素の量が減ります。
気候変動と海洋生物への波及効果
ファルコウスキー氏によると、気候変動が海洋循環パターンを再形成し、海に供給される鉄の量が減少していることを示す証拠が増えているという。同氏は、鉄濃度の低下によって人々の呼吸が妨げられることはないが、それでも海洋生態系に深刻な影響を与える可能性があると述べた。
「植物プランクトンは、ペンギン、アザラシ、セイウチ、クジラを含むほぼすべての動物の南極海の主な食料源であるオキアミ、微細なエビの主な食料源です」とファルコウスキー氏は述べた。 「鉄のレベルが低下し、これらの高層動物が利用できる餌の量が減れば、その結果、これらの雄大な生き物が少なくなるでしょう。」
科学者たちは何十年もの間、鉄が光合成に重要な役割を果たしているのではないかと考えてきました。しかし、初期の研究のほとんどは室内実験に依存しており、外洋でプロセスがどのように展開するかについて大きな疑問が残されていました。
外洋での光合成の研究
現実世界の状況をより深く理解するために、筆頭著者でファルコウスキー氏の研究室で働く化学・ケミカル生物学科の大学院研究助手であるヘシャニ・ププレワッテ氏は、2023年と2024年に37日間海上で過ごした。彼女は英国の調査船に乗って南大西洋と南極海を横断し、南アフリカの海岸からウェッデル環流の氷帯の端まで移動し、戻ってきた。
航海中、ププレワッテ氏は、ニューブランズウィック州のクックキャンパスにあるファルコウスキー研究所のマックス・ゴルブノフ氏が製作した特注の蛍光光度計を使用した。これらの機器は、光合成が失敗したときに植物プランクトンによって放出されるエネルギーを反映する蛍光を測定しました。彼女はまた、光合成が再開できるかどうかを確認するために、収集したサンプルに栄養素を加えた。
「私たちは、自然環境における植物プランクトンの分子レベルでのエネルギー伝達プロセスに実際に何が起こっているのかを知りたかったのです」と彼女は言う。
鉄不足によるエネルギーの浪費
測定の結果、鉄が不足すると、光を捉えるタンパク質の 25% が、そのエネルギーを使用可能な化学形態に変換する構造から「切り離されて」しまうことが示されました。この切断により、植物プランクトンが太陽光を利用する効率が低下します。鉄が再び利用可能になると、藻類はこれらのシステムを再接続できるようになり、エネルギー使用が改善され、成長がサポートされます。
「私たちは、海洋で行われた蛍光測定を使用して分子抽出を行うためにサンプルを研究室に持ち帰ることさえせずに、海洋の植物プランクトンに対する鉄ストレスの結果を実証しました」と彼女は述べた。 「そうすることで、鉄が制限されている場合には、より多くのエネルギーが蛍光として浪費されることを示すことができました。」
鉄がどのように光合成を分子スケールで制御するのかをより深く理解できれば、研究者は海洋生産性の変化や地球規模の炭素循環の変化をより正確に予測できるようになる可能性がある、と同氏は付け加えた。
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#あなたが呼吸する酸素は小さな海の成分によって決まります
2026-01-12 14:03:00