炭素循環における海洋の役割の理解を深める微生物学の研究者たち

炭素循環における海洋の役割の理解を深める微生物学の研究者たち地球
海洋炭素循環©Oregon State University

オレゴン州立大学(OSU)の微生物学研究者らは、一般的な植物プランクトンが生産するさまざまな種類の有機炭素をどの微生物が消費しているかを追跡する新しい方法を用いて、海洋における炭素循環のメカニズムに新たな光を当てました。

OSU微生物学部の准教授で本研究の責任者であるRyan Mueller氏は、「本研究は、どれだけの炭素が温室効果ガスである二酸化炭素として海洋から大気中に放出され、どれだけの炭素が海洋堆積物に埋没するかを予測する上で重要なステップです。」と述べています。

この研究成果は、米国科学アカデミー紀要(PNAS)に掲載されました。

オレゴン州立大学で博士号を取得し、現在はブリティッシュ・コロンビア大学の博士研究員である筆頭著者のBrandon Kieft氏は、「今回の研究で、海洋に生息するさまざまな種類の微生物が、好んで食べる餌に非常にこだわりを持ち、かつ予測可能であることがわかりました。地球規模の気候変動によって海洋環境が急速に変化し続けると、微生物の餌となるものの種類も変化し、最終的には特定の種類の生物が他の種類の生物よりも有利になるでしょう。」と述べています。

植物プランクトンは、海洋の食物連鎖の底辺に位置する微細な生物であり、生物ポンプ1生物海洋学において、海洋表層(有光層)から海洋内部へ生物学的に炭素を輸送する経路を指す。の重要な構成要素です。

植物プランクトンの多くは、太陽光が届きやすい海の上層部に浮遊しています。

この小さな独立栄養植物(自分で食べ物を作る)は、光合成の際に二酸化炭素を吸い上げることで、大気中の二酸化炭素のレベルに大きな影響を与えています。

これは自然の吸収源であり、最も豊富な温室効果ガスである二酸化炭素を大気中から除去する主な方法の1つでもあります。

Mueller氏は、「私たちは、一次生産者である微生物の植物プランクトンが作った有機物の消費者である従属栄養微生物を研究しています。どちらのグループも微生物であり、前者は主に食料源として有機炭素を消費し、後者は自らの有機炭素を「固定」します。微生物は食物網と生物ポンプの基礎を形成しており、私たちの研究は、消費者がこのシステムで何をしているかを探ることに主眼を置いています。」

表層の海は、大気中に存在するのとほぼ同じ量の炭素を蓄えています。

海が大気中の二酸化炭素を取り込むと、植物プランクトンは、大気中の二酸化炭素と太陽光を利用して光合成を行い、細胞がエネルギーとして利用できる糖などに変換し、その過程で酸素を発生させます。

この固定炭素は、従属栄養微生物や、魚や哺乳類などの海洋食物網の高等生物の餌となり、最終的には呼吸によって大気中の二酸化炭素に戻すか、死んで沈んで海底の炭素ストックになります。

従属栄養微生物の消費者の集団的な呼吸活動は、植物プランクトンから固定された溶存有機炭素がCO2として大気中に戻される主な方法です。

Mueller氏とKieft氏は、オークリッジ国立研究所、ローレンス・リバモア国立研究所、テネシー大学、ワシントン大学、オクラホマ大学の共同研究者とともに、安定同位体標識を用いて、植物プランクトンが生産する有機物に含まれる炭素と、それを消費する従属栄養微生物の動きを追跡した。

これらの同位体を用いて、どの生物が珪藻を食べ、どの生物が藍藻を食べているかを知ることができました。

また、植物プランクトンの細胞が、死滅期には溶解液、成長期には滲出液と呼ばれる物質を生成するなど、消費のタイミングも知ることができたといいます。

「今回の研究成果は、海洋微生物と光合成藻類がどのように連携して地球規模の炭素循環に影響を与えているのか、また、この海洋食物網が継続的な環境変化にどのように対応するのかを理解する上で、重要な意味を持ちます。」

Published by Oregon State University. Phytoplankton exudates and lysates support distinct microbial consortia with specialized metabolic and ecophysiological traits, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2101178118 , www.pnas.org/content/118/41/e2101178118
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