海洋の一次生産とプランクトン

個々には見えないが集合的には広大な浮遊植物プランクトンは、地球の光合成の約半分を担い、太陽光と栄養素を有機物に変換し、海のほぼ全ての生命を養っています。

Definition

海洋の一次生産とは、海中の光合成生物による二酸化炭素からの有機物の合成であり、プランクトンとは、この生産を実行し消費する浮遊生物（植物プランクトン、動物プランクトン、微生物）を指します。

Scope

このトピックでは、光合成を行う植物プランクトンとそれを捕食する動物プランクトン、一次生産の測定、生産性に対する光と栄養素の制御、プランクトンブルームの季節的動態、主要なプランクトングループとその生態学的役割について扱います。

Core questions

• 海洋で一次生産を行う生物は何か、またそれはどのように測定されるのか？
• 光と栄養素の利用可能性は、生産の速度と場所をどのように決定するのか？
• 季節的な植物プランクトンブルームは何が引き金となり、何が終結させるのか？
• 動物プランクトンの摂食と微生物ループは、一次生産の運命をどのように形成するのか？

Key theories

臨界深度仮説

植物プランクトンブルームは、混合層が浅くなり、混合層全体の平均光量が光合成が呼吸と均衡するレベルを超えるときに発生し、水柱の物理学とブルームのタイミングを結びつけます。

光と栄養素の制限

生産は、深度とともに減少する光と、深度とともに増加する栄養素によって共同で制限され、ほとんどの生産は、栄養素の再供給に依存する有光層に限定されます。

Mechanisms

有光層の植物プランクトンは、太陽光を利用して二酸化炭素と栄養素を有機物に固定します。その成長は、深部で光が不足する場合や、表層で栄養素が不足する場合に制限されます。季節的な温暖化と混合の減少により、細胞は有光層に閉じ込められ、ブルームを引き起こしますが、その後、栄養素の枯渇と動物プランクトンによる摂食によって抑制されます。

Clinical relevance

一次生産は漁業の生産性と海洋炭素吸収源の強度を決定し、プランクトン群集とブルームのタイミングの変化は気候変動の敏感な指標となります。特定のプランクトンによる有害藻類ブルームは、人間の健康と水産養殖にリスクをもたらす可能性があります。

History

1880年代のヘンゼンによるプランクトンの定量的計数は、海洋生産性の研究の基礎を築きました。スベルドラップの1953年の臨界深度理論は、ブルームの発生を混合と光に結びつけ、1980年代以降の衛星海洋色観測は、海洋一次生産の最初の地球規模の地図作成を可能にしました。

Key figures

• Harald Sverdrup
• Gordon Riley
• Paul Falkowski

Seminal works

• millerWheeler2012
• falkowskiRaven2007

Frequently asked questions

地球の光合成のどれくらいが海洋で起こっていますか？

海洋植物プランクトンは、地球の光合成バイオマスのごく一部を占めるに過ぎませんが、世界の純一次生産の約半分を占めており、陸上の全植物を合わせた量に匹敵します。

なぜ植物プランクトンブルームは春に発生するのですか？

春の温暖化により鉛直混合が減少すると、植物プランクトンは太陽光の当たる表層に十分に長く留まることができ、失われるよりも速く成長するため、その個体数が急速に増加します。