ワシントン大学の新たな研究によると、海洋生物はすでに、呼吸できる海域の大半に生息している。
つまり、海水温が上がり酸素濃度が低下すると、海洋生物が生息できる海域は減る可能性がある。
実験室での研究では、多くの海洋生物が理論上、現在遭遇しているよりはるかに高い水温にも耐えられることが示されている。しかし、こうした研究は、海洋生物が海水温の高い海でも現在の生息域を維持できることを意味するわけではないと、ワシントン大学の海洋学教授カーティス・ドイチュは述べる。
「水温だけでは、海のどこに動物が生息できるかは説明できません」とドイチュは言う。「酸素について考える必要があります。水中にどれだけ存在するか、生物がどれほど効率よく取り込み利用できるか、そして水温がこれらの過程にどう影響するかです。」
種ごとの特性、全体的な酸素濃度、水温が組み合わさり、海に生息するさまざまな生物にとって、海のどの部分が「呼吸できる」環境かを決める。
この研究成果はネイチャー誌に掲載され、気候変動への警鐘も鳴らしている。水温が上がると酸素が減るため、特定の種にとって現在は呼吸できる海域の一部が、将来はそうでなくなるかもしれない。
「温暖化に伴い、活動レベルが制限されるか、生息域が縮小し始めるでしょう。何事もなく、これまでどおりに生きていけるわけではありません。」
現在、生物は活動レベルに見合う十分な酸素を得られる、ぎりぎり最も高い水温の環境にほぼ生息している。したがって、水温がさらに上がれば、十分な酸素を得る能力に直ちに影響が及ぶ」とドイチュは言う。
「温暖化に伴い、活動レベルが制限されるか、生息域が縮小し始めるでしょう。何事もなく、これまでどおりに生きていけるわけではありません。」
温暖化する海で生き残る生物
海水中の酸素濃度と水温は場所によって異なる。一般に、赤道付近の海水は極付近の冷たい海水より温かく、酸素も少ない。一方、海面から深層へ移動すると、酸素濃度と水温はともに低下する。
こうした原理によって、深度や緯度に応じて酸素濃度と水温が複雑な3次元パターンを形成する。生物の解剖学的構造、生理機能、活動レベルによって、必要な酸素量、周囲の環境にある酸素を取り込み利用する効率、そして水温が酸素需要に及ぼす影響が決まる。
ドイチュと共著者である海洋学博士課程のジャスティン・ペン、サウスフロリダ大学教授のブラッド・サイベルは、呼吸可能性が現在の海洋動物の生息域を決める制約要因になっているかを明らかにしようとした。
研究チームは、海洋全体の水温と酸素含有量のデータを、5つの海洋動物群に属する72種の生理機能、酸素需要、代謝に関する既刊研究と組み合わせた。対象は、魚類などの変温脊椎動物とその近縁種、甲殻類、軟体動物、環形動物、クラゲ類とその近縁種である。
研究チームは、各種にとって生息可能な海域と不可能な海域をモデル化した。その結果、種の現在の生息域は、概して生息可能と予測された海域と重なることが示された。
モデルによると、甲殻類のホッコクエビは北緯約50度以北の冷たい海域で十分な酸素を得られるはずであり、実際に現在の生息域もおおむねその範囲にある。小型のネコザメはさまざまな深度の温帯・冷水域に生息できるが、熱帯付近では水面近くの約300フィート（約91メートル）より浅い海域だけが呼吸可能であり、これは現在の生息域にも反映されている。
多くの場合、種の生息域は呼吸可能な海域の限界まで広がっている。これは、海洋動物にとって、十分な酸素を得る能力が生息場所を決める大きな制約要因である可能性を示していると、ドイチュは付け加える。その範囲の外では、生物は低酸素状態、つまり酸素不足に陥る危険がある。
水温、酸素、生理機能
水温は、海水が保持できる酸素量と、動物が同じ活動レベルを維持するために必要とする酸素量の両方に影響する。研究者らが確認した、呼吸可能な海域と現在の生息域との重なりはすでに非常に限られている。このことから、気候変動に伴い予想される長期的な気温上昇によって、多くの海洋動物の生息域が制限される可能性が高い。
この新たな研究は、ドイチュの研究チームによる大西洋の4種を対象とした2015年の研究に続くもので、その成果を発展させ、あらゆる海洋盆地の多様な種が、現在生息可能な範囲のほぼ限界まで生息域を広げていることを示した。
今後、ドイチュは対象種を増やし、水温、酸素、生理機能の関係をさらに詳しく調べたいと考えている。
研究者らはまた、海水の呼吸可能性に応じて海洋生物が生息域を移した歴史的な事例も見つけたいと考えている。海水の呼吸可能性については、研究チームが今年初めにカタクチイワシで示した。
「私たちが本当に見つけたいのは、水温の状態や酸素の利用可能性について予想されることに沿って、海洋生物が移動する様子を捉えた観察例です」とドイチュは言う。「それがあれば、水温や酸素の状態が変動するとき、また気候変動によって恒久的に変化するときに何が起こるかを示す確かな事例になります。」
この研究は、ゴードン・アンド・ベティ・ムーア財団、米国海洋大気庁、米国国立科学財団の助成を受けた。
出典：ワシントン大学
