深まる謎：海氷の後退が海洋生物に与える影響

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トピックス：アルフレッド・ヴェゲナー研究所気候変動海洋生物学海洋学動物プランクトン
アルフレッド・ヴェゲナー研究所、ヘルムホルツ極域・海洋研究センター 2023年8月28日 記

両生類 テミスト・リベルラ
北極海の両生類Themisto libellula。Credit: Alfred Wegener Institute / Barbara Niehoff

新しい研究によると、気候変動は北極海における動物プランクトンの季節的な垂直移動に影響を与えている。

北極海の海氷融解が進むと、太陽光が海中深くまで入り込むようになり、海洋動物プランクトンの移動行動に影響を与える。アルフレッド・ヴェゲナー研究所が主導した研究によると、このことが将来、動物プランクトンの餌不足を頻繁に引き起こし、北極圏の大型種に影響を与える可能性があるという。この研究は、北極圏の生態系を保護するためには、地球温暖化を1.5度の目標値まで抑制することが極めて重要であることを示唆している。

北極海の海氷融解の進行と海洋生物への影響
北極圏の海氷融解が進み、太陽光が海中深くまで入り込むようになった。海洋動物プランクトンは利用可能な光に反応するため、その行動、特に水柱内での小さな生物の上昇・下降の仕方も変化している。アルフレッド・ヴェゲナー研究所が率いる国際研究チームがこのほど明らかにしたように、将来、動物プランクトンの餌不足がより頻繁に起こり、アザラシやクジラなどの大型種にも悪影響が及ぶ可能性がある。

この研究は、本日（2023年8月28日）、学術誌『Nature Climate Change』に掲載された。

北極海中央部にブイを設置
2020年9月、RV PolarsternによるMOSAiCレグ5の最後に、科学者たちは中央北極海の流氷上にブイを設置する。このブイは、海氷上と海洋で自律的な生物物理観測所として機能する。クレジット：Alfred Wegener Instittue / Folke Mehrtens

気候変動による北極圏生態系の変化
人為的な気候変動に伴い、北極海の海氷面積と厚さは減少している。平均海氷面積は現在、10年当たり13％の割合で減少している。最新の研究やシミュレーションが示すように、早ければ2030年には、北極点で初めて氷のない夏が訪れるかもしれない。その結果、北極海の生物にとっての物理的条件も目に見えて変化している。

たとえば、海氷が少なくなり薄くなったことで、太陽光が海面下をより遠くまで透過するようになった。その結果、特定の条件下では、水中や氷中の微細藻類の一次生産量、つまり成長が大幅に増加する可能性がある。このような光条件の変化が、微細藻類を餌の一部とする動物プランクトンのような食物連鎖の高次栄養レベルにどのような影響を与えているかは、まだ十分に解明されていない。この点について、アルフレッド・ヴェゲナー研究所ヘルムホルツ極地海洋研究センター（AWI）のハウケ・フローレス博士率いる国際研究チームは、貴重な知見を得た。

北極海中央部の流氷にブイを設置
2020年9月、RV PolarsternによるMOSAiCレグ5が終了し、科学者たちは中央北極海の流氷上にブイを設置する。このブイは、海氷上と海洋で自律的な生物物理観測所として機能する。この観測所は、海面上50mの音響後方散乱を測定する音響動物プランクトン・魚類プロファイラー（AZFP）、350～920nm25の氷下面の放射照度を測定するハイパースペクトル光センサーを備えた放射ステーション、CTDブイ（導電率、水温、深度）などで構成されている。クレジット：Alfred Wegener Institute / Folke Mehrtens

動物プランクトンの移動行動についての説明
フローレスによれば 「この地球上で最も大規模な生物の大移動は、海洋で毎日行われています。動物プランクトン（小さなカイアシ類やオキアミなど）の毎日の移動です。夜になると、動物プランクトンは餌を食べるために水面近くに上がってくる。昼になると、動物プランクトンは深海に戻り、捕食者から身を守る。ひとつひとつの生物は微小だが、これを合わせると、水柱内のバイオマスは1日あたり膨大な上下運動をすることになる。

「言い換えれば、動物プランクトンは季節的なサイクルに従っているのだ。つまり、動物プランクトンは季節的なサイクルに沿って移動するのである。夏の数ヶ月にわたる極日の明るさの間、動物プランクトンは深海に留まり、冬の数ヶ月にわたる極夜の暗闇の間、動物プランクトンの一部は上昇し、氷のすぐ下の表層付近に留まる。

低緯度域での日々の移動も、極域での季節的な移動も、主に太陽光によって左右される。小さな生物は通常、薄明かりを好む。彼らはある一定の光強度（限界放射照度）以下にいることを好むが、それは通常かなり低く、薄明の範囲内にある。一日や季節の中で太陽光の強さが変化すると、動物プランクトンは自分たちの好む光の条件を見つけられる場所に行き、最終的には水柱の中で上昇したり沈んだりする。

「特に水柱の最上部20メートル、海氷のすぐ下に関しては、動物プランクトンに関するデータはありませんでした」とフローレスは説明する。「動物プランクトンが餌とする微細藻類が生育しているのは氷の中やその直下だからだ。

そこで測定するために、研究チームは自律型生物物理観測装置を設計・製作し、2020年9月にAWI調査砕氷船ポーラスターンとともにMOSAiC遠征の最後に氷の下に係留した。人間活動による光害から遠く離れたこの場所で、システムは氷の下の光強度と動物プランクトンの動きを継続的に測定することができた。

新たな発見と将来への示唆
「AWIの研究者は言う。「測定値から、動物プランクトンにとって極めて低い限界放射照度、1平方メートルあたり0.00024ワットを特定しました。「そして、このパラメータを海氷システムをシミュレートするためのコンピュータモデルに入力した。気候変動によって海氷がどんどん薄くなった場合、この放射照度の深さが今世紀半ばまでにどのように変化するかを、さまざまな気候シナリオについて予測することができた。

専門家が発見したこと 氷の厚さが着実に減少していくため、限界放射照度レベルは、1年の早い時期により深くまで下がり、1年の遅い時期まで表層に戻らない。動物プランクトンは基本的にこの限界レベル以下の水域に留まるため、その動きはこの変化を反映することになる。したがって、このような将来のシナリオでは、動物プランクトンはより深い水深にとどまる時間が長くなり、冬に氷の下の表層付近にいる時間はどんどん短くなる。

「より温暖な将来の気候では、秋の氷の形成が遅くなり、その結果、氷藻の生産量が減少する」とフローレスは説明する。「これは、海面への上昇の遅れと相まって、冬の動物プランクトンの餌不足をより頻繁に引き起こす可能性がある。同時に、もし動物プランクトンが春に早く上昇すれば、生態学的に重要な動物プランクトン種の幼生がより深い水深で危険にさらされる可能性がある。

"全体として、我々の研究は、近い将来、北極圏の動物プランクトンの生存の可能性をさらに低下させる可能性のある、これまで見過ごされてきたメカニズムを指摘しています "とフローレスは言う。「もしそうなれば、アザラシ、クジラ、ホッキョクグマを含む生態系全体に致命的な結果をもたらすでしょう。しかし、私たちのシミュレーションによれば、1.5度の目標を達成できた場合、温室効果ガスの排出が抑制されずに増加した場合よりも、垂直移動への影響ははるかに小さくなる。したがって、回避可能な人為的温暖化は10分の1度でも北極圏の生態系にとって極めて重要である。

参考 「参考文献：Hauke Flores, Gaëlle Veyssière, Giulia Castellani, Jeremy Wilkinson, Mario Hoppmann, Michael Karcher, Lovro Valcic, Astrid Cornils, Maxime Geoffroy, Marcel Nicolaus, Barbara Niehoff, Pierre Priou, Katrin Schmidt and Julienne Stroeve, 2023年8月28日, Nature Climate Change.
DOI: 10.1038/s41558-023-01779-1

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