耳にしたことも、あまり考えたこともないかもしれませんが、植物プランクトン――世界中の海で育つ微小な植物――は、海洋の食物網の基盤です。
非常に小さいながら、地球の生産力の半分を担っており、光合成を通じて、ほぼすべての海洋生態系と、多くの人々が頼りにする漁業にエネルギーを供給しています。
そのため、気候変動が植物プランクトンにどのような影響を及ぼす可能性があるのかを知ることが重要です。
Nature Climate Changeに掲載された 新たな研究 で、同僚たちと私は、植物プランクトンに影響を及ぼす環境要因と、地球温暖化によってそれらがどのように変化する可能性があるかを明らかにしました。
良い知らせと悪い知らせの両方がありますが、新しいモデルは、植物プランクトンと、それに依存する生態系が気候変動の影響をどう受けるかを、科学者がより正確に把握する助けとなります。
植物プランクトンが重要な理由
エネルギー供給に加え、さまざまな種類の植物プランクトンは海洋で多様な役割を果たしています。
たとえば、窒素固定を行う植物プランクトンは、土壌中のマメ科植物に似た役割を担います。海洋中で大気の窒素を直接固定するため、重要な栄養素の蓄積を促進できます。
珪藻などは大型で、重い鎧のような殻（被殻）を持つため、急速に沈みます。その結果、炭素を深海へ運び、大気中のCO2量に影響を及ぼします。
温暖化
現在、温室効果ガス濃度の上昇により、世界の海洋ではかつてない速さで変化が進んでいます。
植物プランクトンにとって非常に重要な環境要因はいくつもあります。当然ながら、温度は成長速度や多くの生理的プロセスに影響します。光の量は光合成にとって非常に重要です。
リン酸塩や硝酸塩などの栄養素、そして植物プランクトンの酵素系に不可欠な鉄などの微量元素の供給も重要です。CO2も光合成における炭素源として欠かせません。
この研究の最も重要な成果の一つは、生物に影響を及ぼすこれらの要因の多くが、同時に変化することを明らかにした点です。したがって、海洋の温暖化または酸性化がさまざまな種類の植物プランクトンに及ぼす影響だけに注目してきた従来の研究の枠を超えて考えることが重要です。
この研究では、こうした環境要因だけでなく、それらの相互作用も調べています。たとえば、海洋が温暖化するとCO2を保持する能力が低下し、その結果、酸性化の程度にも間接的に影響します。
CO2は植物にとって良いものでは？
陸上では、CO2濃度の上昇が植物に及ぼす影響について、かなりの不確実性があります。一方では、CO2濃度が上がるにつれて光合成速度が上昇します（そして、おそらく 私たちが考えていた以上に）。しかし他方では、植物が成長するには水のような ほかの要因も 必要であり、気候変動によって水が不足する可能性があります。
海洋でも同様のことが起きています。CO2濃度の上昇は、酸性度を高めるなど、海洋に複雑な影響を及ぼします。CO2濃度が高い状況でpHが低下すること（海洋酸性化）は、すでに確認されています。
海洋酸性化によって、円石藻と呼ばれる植物プランクトンの一群が溶解することが観察されています。一方で、窒素固定を行う植物プランクトンには好影響も確認されており、二酸化炭素濃度の上昇に伴って成長速度と窒素固定量が増加します。
そのため、植物プランクトンの一部のグループや、同じグループ内の一部の下位グループでさえ、CO2濃度が高い環境で繁栄するでしょう。ほかのグループには悪影響が及びます。これらを個別に見極める必要がありますが、必ずしも悲観的な話というわけではありません。
気候変動のロードマップ
これまでに、熱帯・亜熱帯の低緯度地域では生産力が低下する一方、亜南極海域や南大洋などの高緯度地域では上昇する可能性が高いと示した、 フランスの研究 が行われています。しかし、こうした予測の精度は使用するモデルの構造に左右されます。この場合、モデルは主に温暖化と海洋酸性化に焦点を当てていました。
そこで私たちの研究では、極域から熱帯域までのロードマップを作成しました。次に、モデルによる予測を用いて、地域ごとの特徴を、気候変動に対する海洋全体の平均的な反応と比較できます。たとえば、温暖化と鉄の供給量の変化によって成長が促進されると示す研究もあれば、環境の変化によって成長が低下すると示す研究もあります。
亜熱帯・熱帯の海洋で生産力が20%低下し、高緯度地域で上昇するとすれば、食料安全保障や、ほかの生態系がどう反応するかに大きな影響を及ぼします。それをできる限り正確に突き止めることが、私たちの研究の目標です。
以下との共同掲載： The Conversation
著者：Philip Boydは、タスマニア大学の海洋・南極研究所の海洋科学教授です。
画像：アイスランド西方の北大西洋で見られる、植物のような生物である植物プランクトンのブルーム。NASA
