水圏生態学研究室
大森 裕子 助教 OHMORI,Yuko
地球環境を形作る海洋微生物の見えないチカラ
海というと、透き通った水、青い水平線、そして色とりどりの魚が住むところ、といったイメージを思い浮かべるのではないでしょうか。実は海水には、肉眼では見えない小さな生き物、植物プランクトンや動物プランクトン、細菌といった微生物が沢山生きています。彼ら微生物はとてもサイズが小さいために目立たない存在ですが、実は海洋生態系を支える縁の下の力持ちです。植物プランクトンは、二酸化炭素や栄養塩類を材料にして光合成によって有機物を作り出し、食物連鎖を経て魚などの海洋生物を支えています。細菌は有機物を分解し、再び二酸化炭素や栄養塩類に戻すことで、物質循環を駆動しています。しかしそれだけでなく、微生物は彼らが作り出す様々な物質を介して、海洋や大気環境に影響をおよぼしていることをご存知でしょうか？例えば、太古の地球では、植物プランクトンの一種である藍藻（シアノバクテリア）は、光合成の副産物として酸素を作り出した結果、太陽光の紫外線を吸収するオゾン層の形成につながり、陸上に生き物が進出することを可能にしました。現在の地球では、海洋微生物が環境を大きく作り変えるようなことはありませんが、地球環境を保つ重要なピースの一つであることは間違いありません。
海洋の炭素貯蔵庫をつくる細菌の働き
私たち水圏生態学研究室では、海洋の物質循環や大気環境における微生物とそれに由来する有機物の役割について研究しています。大気中の二酸化炭素濃度が上昇し、地球温暖化そして気候変動という問題に直面している今、陸―大気―海洋を循環する炭素の形態、そしてどれくらいの速度で炭素が移動するのか、何が炭素循環を駆動しているのか、を理解することが必要不可欠です。従来、陸上の植物は、炭素を長期間保持する炭素の貯蔵庫としての役割が注目されてきました。実は、海の中にも陸上植物とほぼ同等かそれ以上の炭素の貯蔵庫があります。それは、「海水に溶けている有機物（溶存態有機物）」です。溶存態有機物の大半は、分解者である海洋細菌に分解されにくく、数十年から数千年間もの長い間海中に滞留しているといわれています。そのため、有機物という形で炭素を海中に隔離する役割を担っています。海の炭素貯蔵庫である溶存態有機物は、多量にあるにもかかわらず、その生成メカニズムは未だにほとんどわかっていません。私たちは、海洋細菌が自分では分解できない有機物を生成することに着目し、海洋細菌による溶存態有機物を介した炭素隔離プロセスの解明に取り組んでいます。筑波大学の下田臨海実験センターを利用して、自然海水を用いた分解実験や沿岸海水から単離した細菌株を用いた培養実験を通じて、海洋細菌が作り出す有機物の特徴やその生成量を明らかにしています。
実験室での藻類と海洋細菌の培養
海洋生態系による海洋―大気間の相互作用
植物プランクトンや細菌が作る有機物の中には、海面から大気へと放出される数十種類に及ぶ揮発性有機化合物（Volatile Organic Compounds: VOC）が知られています。例えば、硫化ジメチル（Dimethyl Sulfide: DMS）という硫黄有機化合物は、海の磯の香りの成分の一つです。海洋のDMSは主に海藻や植物プランクトンが作る有機物に由来するため、海藻が繁茂する沿岸では強い磯の香を感じるでしょう。海表面から大気へ放出された DMS は、様々な反応を経て、エアロゾルといった微小な粒子や雲の前駆体に変化します。エアロゾルや雲は太陽光の一部を反射し、地球に降り注ぐ太陽エネルギーの収支に大きく影響します。そのため、地球のエネルギー収支の見積もりや地球環境の将来予測にとって、海洋から大気への DMS 放出量や季節変動などの情報が必要です。私たちは、 DMS などの海洋起源 VOC の大気への放出量や海洋表層の VOC 濃度の分布、そして海洋微生物による生成プロセスを明らかにすることで、海洋微生物が VOC を介して大気環境に及ぼす影響の解明を進めています。
海洋観測の醍醐味
海洋―大気間の VOC 放出量を見積もるために、太平洋を中心とした海水および大気中の VOC 濃度分布の観測を行っています。2023年７月には、学術研究船「白鳳丸」の航海に参加し、北海道沖北東部の亜寒帯海域と小笠原諸島沖の亜熱帯海域を中心に、海洋および大気 VOC 濃度の連続観測を実施しました。
白鳳丸航海での採水風景
航海中は貴重な観測時間を目一杯使って昼も夜も観測するため、忙しく大変なこともありますが、実際の海の状況を見ながら、何が起きているのかを考えながら研究に没頭できる幸せな時間を過ごせます。また研究船では、国内外問わずいろいろな分野の研究者や学生さん達と乗り合わせて一緒に観測を行います。例えば、植物プランクトンや動物プランクトンの海洋生態学や海流や渦などの海洋物理学、海底の地質を調べる海洋底科学…様々な分野の研究者の方々は、パワフルで個性的で魅力的な人ばかりなので、長期航海でも飽きることなく毎日が刺激的です。海に興味のある方には研究航海はとてもおススメです！
おわりに
海洋微生物がつくる有機物は、目には見えません。見えないけれど、炭素の貯蔵庫や雲の元など、地球の仕組みの中で様々な役割を担っています。本研究室では、観測や実験室での培養実験を通して、この海洋微生物と地球環境との見えない関係を「見える化」するために日々楽しく研究しています。少しでも興味をもった方はぜひHPをのぞいてみてください。
水圏生態学研究室と生物海洋学研究室の合同ゼミ
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