様 式 C-19 科 学 研 究 費 助 成 事 業 ( 科 学 研 究 費 補 助 金 ) 研 究 成 果 報 告 書 平 成 24 年 5 月 24 日 現 在 機 関 番 号 :17701 研 究 種 目 : 若 手 研 究 (B) 研 究 期 間 :2009 ~ 2011 課 題 番 号 :

Title 鉛 直 フラックスに 与 える 動 物 プランクトンの 影 響 Author(s) 小 針, 統 Citation Issue Date 2012-05-24 URL http://hdl.handle.net/10232/14765 http://ir.kagoshima-u.ac.jp

様 式 C-19 科 学 研 究 費 助 成 事 業 ( 科 学 研 究 費 補 助 金 ) 研 究 成 果 報 告 書 平 成 24 年 5 月 24 日 現 在 機 関 番 号 :17701 研 究 種 目 : 若 手 研 究 (B) 研 究 期 間 :2009 ~ 2011 課 題 番 号 :21710012 研 究 課 題 名 ( 和 文 ): 鉛 直 フラックスに 与 える 動 物 プランクトンの 影 響 研 究 課 題 名 ( 英 文 ):Impacts of zooplankton community to vertical flux 研 究 代 表 者 : 小 針 統 (KOBARI TORU) 鹿 児 島 大 学 水 産 学 部 准 教 授 研 究 者 番 号 :60336328 研 究 成 果 の 概 要 ( 和 文 ): 本 研 究 の 目 的 は これまで 見 過 ごされてきた 海 洋 中 深 層 への 炭 素 輸 送 に 与 える 動 物 プランク トン 群 集 の 影 響 を 評 価 することである 糞 粒 は 表 層 で 量 的 に 卓 越 する 動 物 プランクトン 分 類 群 から 排 出 されているが 同 時 に 沈 降 中 にこれら 分 類 群 によって 消 費 断 片 化 されていた 沈 降 中 におおきく 変 容 あるいは 減 耗 する 糞 粒 よりも 動 物 プランクトン 量 が 少 ない 海 域 や 時 期 には 動 物 プランクトン 鉛 直 移 動 者 によって 輸 送 された 呼 吸 量 が 動 物 プランクトン 群 集 を 介 した 炭 素 輸 送 において 相 対 的 に 重 要 になった 研 究 成 果 の 概 要 ( 英 文 ): The aim of the present study is to evaluate the impacts of zooplankton community to downward carbon flux, which have been ignored. Fecal pellets were egested by the predominant taxonomic groups in zooplankton biomass at the surface, and were also consumed and fragmented by these groups during sink. Compared with the zooplankton fecal pellets which was largely changed or declined during sink, respiratory flux transported by diurnally vertical migrants at depth was relatively important for downward flux via zooplankton community in the areas and seasons with low zooplankton biomass. 交 付 決 定 額 ( 金 額 単 位 : 円 ) 直 接 経 費 間 接 経 費 合 計 2009 年 度 1,800,000 540,000 2,340,000 2010 年 度 1,200,000 360,000 1,560,000 2011 年 度 500,000 150,000 650,000 年 度 総 計 3,500,000 1,050,000 4,550,000

研 究 分 野 : 海 洋 学 プランクトン 学 科 研 費 の 分 科 細 目 : 環 境 動 態 生 物 海 洋 キーワード: 海 洋 科 学 海 洋 生 態 環 境 変 動 物 質 循 環 沈 降 粒 子 動 物 プランクトン 鉛 直 輸 送 1. 研 究 開 始 当 初 の 背 景 海 洋 中 深 層 は 大 気 との 接 触 から 隔 離 さ れているため 地 球 上 最 大 の 炭 素 貯 蔵 庫 と なっており この 領 域 への 物 質 輸 送 は 地 球 温 暖 化 抑 制 に 極 めて 大 きな 役 割 を 果 たし ている 沈 降 粒 子 は 海 洋 中 深 層 に 物 質 を 供 給 する 主 な 経 路 であり 地 球 規 模 の 物 質 循 環 に 貢 献 するほど 莫 大 な 輸 送 を 生 じてい る このため 世 界 中 の 海 洋 でセジメント トラップを 使 って 物 質 輸 送 を 測 定 するこ とによって 研 究 成 果 が 蓄 積 されてきた そ れによると 沈 降 粒 子 は 珪 酸 や 炭 酸 カルシ ウムの 殻 を 持 つ 植 物 プランクトンの 凝 集 塊 大 型 動 物 プランクトンの 糞 粒 脱 皮 殻 死 骸 などによって 形 成 されるが 沈 降 中 に 物 理 的 に 断 片 化 あるいはバクテリアなど による 分 解 を 受 けながら 指 数 関 数 的 に 減 少 するため 沈 降 粒 子 の 減 耗 パターンは 深 度 の 関 数 としてモデル 化 できるとされて きた このような 経 験 則 に 基 づいて 沈 降 粒 子 の 減 耗 モデルを 組 み 込 んだ 地 球 規 模 の 物 質 循 環 モデルや 地 球 温 暖 化 予 測 モデ ルが 構 築 されつつある このような 背 景 のもと 沈 降 粒 子 の 形 成 変 容 過 程 における 動 物 プランクトンの 影 響 や 鉛 直 フラックスに 対 する 貢 献 度 に ついては 国 際 組 織 の 主 要 課 題 として 重 視 されつつある これら 最 新 の 研 究 成 果 によ れば 沈 降 粒 子 の 形 成 変 容 減 耗 過 程 あ るいは 別 の 輸 送 経 路 に 動 物 プランクトン が 大 きく 関 与 しているらしいことが 指 摘 され 中 深 層 への 物 質 輸 送 システムについ て 再 評 価 すべきであることが 示 唆 されて いる 2. 研 究 の 目 的 本 研 究 の 目 的 は (1) 沈 降 粒 子 の 形 成 変 容 過 程 に 与 える 動 物 プランクトンの 影 響 を 評 価 するこ と (2) 動 物 プランクトンによる 輸 送 効 率 の 高 い 経 路 を 定 量 的 に 評 価 すること にある これまで 鉛 直 フラックスでは 沈 降 粒 子 を 形 成 する 植 物 プランクトンや 沈 降 粒 子 の 物 理 的 化 学 的 分 解 過 程 が 重 視 さ れてきたが 動 物 プランクトンによる 沈 降 粒 子 の 形 成 変 容 過 程 や 輸 送 効 率 について はあまり 議 論 されてこなかった そこで 本 研 究 では これらの 点 を 生 物 学 的 に 解 析 比 較 し (1) 動 物 プランクトン 糞 粒 の 形 成 変 容 減 耗 と 沈 降 粒 子 に 対 する 貢 献 度 (2) 動 物 プランクトンによる 能 動 的 鉛 直 輸 送 を 明 らかにした 3. 研 究 の 方 法 西 部 北 太 平 洋 亜 寒 帯 域 亜 熱 帯 域 および 沿 岸 域 をモデル 海 域 とし 船 舶 による 時 系 列 観 測 動 物 プランクトン 標 本 採 取 セジメント トラップ 実 験 船 上 飼 育 実 験 を 行 い 様 々な 海 洋 環 境 下 での 動 物 プランクトン 群 集 や 動 物 プランクトン 糞 粒 の 変 化 を 解 析 しようと した 主 な 解 析 手 法 は 以 下 の 通 り (1) 漂 流 セジメントトラップ 実 験 を 行 って 深 度 別 に 沈 降 粒 子 を 採 取 し 動 物 プラ ンクトン 糞 粒 ( 図 1 参 照 )の 形 状 数 サイズを 測 定 することで 沈 降 粒 子 に 対 する 動 物 プランクトン 糞 粒 の 貢 献 度 沈 降 に 伴 う 糞 粒 の 変 化 を 調 べた これ と 同 時 に 動 物 プランクトンの 糞 粒 に 様 々な 動 物 プランクトン 群 集 を 加 えて 飼 育 し 糞 粒 の 消 費 や 断 片 化 の 効 果 を 評 価 する 糞 粒 分 解 実 験 を 行 った 図 1.セジメントトラップで 捕 捉 された 沈 降 粒 子 中 に 出 現 した 動 物 プランクトン 糞 粒 の 形 態.A: 円 柱 状 糞 粒.B: 楕 円 体 糞 粒. C: 球 状 糞 粒.D: 不 定 形 糞 粒. (2) 多 段 開 閉 式 ネットで 動 物 プランクトン を 深 度 別 に 採 取 し 季 節 変 化 を 検 証 す る 標 本 を 採 取 した 分 類 群 別 に 識 別 計 数 することで バイオマス 個 体 数 群 集 組 成 を 明 らかにした これらの 動 物 プランクトンデータ 海 洋 環 境 デー タ 経 験 的 モデルに 基 づき 動 物 プラ

ンクトンの 日 周 鉛 直 移 動 に 伴 う 能 動 的 な 鉛 直 物 質 輸 送 量 ( 呼 吸 フラックス) を 推 定 した 4. 研 究 成 果 (1) 西 部 北 太 平 洋 亜 寒 帯 域 亜 熱 帯 域 の 微 小 プランクトン 群 集 では ピコ 植 物 プ ランクトンよりもバクテリアのバイオ マスが 高 かった また 微 小 動 物 プラ ンクトン 餌 要 求 量 は バクテリアを 餌 とすればこれらのバイオマスで 十 分 賄 える 量 だった これらのことから 微 小 動 物 プランクトンの 捕 食 が 植 物 プラ ンクトン 群 集 組 成 に 及 ぼす 影 響 は 小 さ いことが 示 唆 された (2) 沈 降 粒 子 に 占 めるメソ 動 物 プランクト ン 糞 粒 の 割 合 は 西 部 北 太 平 洋 亜 寒 帯 亜 熱 帯 域 共 に 数 パーセント 以 下 で あったが メソ 動 物 プランクトンバイ オマスが 高 い 海 域 時 期 ほど 沈 降 粒 子 に 対 する 糞 粒 の 貢 献 度 は 高 くなった 沈 降 中 に 生 物 によって 急 速 に 消 費 分 解 されるか もしくは 極 めて 小 さい 粒 子 状 に 断 片 化 されていた (3) 海 洋 中 深 層 へ 沈 降 していくメソ 動 物 プ ランクトンの 糞 粒 は 表 層 の 動 物 プラ ンクトンバイオマスで 優 占 するカラヌ ス 目 カイアシ 類 から 排 泄 された 糞 粒 ( 図 1A)がいずれの 時 期 海 域 でも 多 くを 占 め 沈 降 に 伴 って 形 状 は 変 化 し ないものの より 小 型 の 粒 子 に 断 片 化 図 2. 糞 粒 分 解 実 験 の 結 果. 横 軸 は 実 験 開 始 時 (PVo) 縦 軸 は 実 験 終 了 時 の 糞 粒 体 積 (PVt)で 点 線 より 下 にある 場 合 には 実 験 中 に 糞 粒 が 消 費 されたことを 示 す : 微 小 動 物 プランクトンの 効 果. :メソ 動 物 プランクトンの 効 果. 赤 は 統 計 学 的 に 有 意 差 があったこと を 示 す されていた (4) 糞 粒 分 解 実 験 によると( 図 2) 動 物 プ ランクトンの 糞 粒 はメソ 動 物 プランク トンバイオマスで 優 占 するカイアシ 類 によって 断 片 化 消 費 されていた こ れまで 微 小 動 物 プランクトンによって 糞 粒 が 消 費 されるという 説 は 外 洋 域 では 再 考 する 必 要 がある (5) 海 洋 中 深 層 に 輸 送 される 炭 素 量 のうち メソ 動 物 プランクトンによって 排 泄 さ れる 糞 粒 量 ( 受 動 的 炭 素 輸 送 )と こ れらの 昼 夜 鉛 直 移 動 に 伴 う 呼 吸 量 ( 能 動 的 炭 素 輸 送 )を 定 量 的 に 比 較 した メソ 動 物 プランクトンが 少 ない 海 域 時 期 では 沈 降 中 に 糞 粒 が 減 少 するた め 中 深 層 に 到 達 する 量 が 少 なくなる しかし オキアミ 類 やカイアシ 類 など 昼 夜 鉛 直 移 動 する 動 物 プランクトンが 海 洋 中 深 層 へ 直 接 輸 送 する 炭 素 量 ( 呼 吸 量 )は 沈 降 粒 子 のように 減 少 しない 従 って 動 物 プランクトン 群 集 を 介 し た 炭 素 輸 送 において 能 動 的 炭 素 輸 送 が 相 対 的 に 重 要 になることが 分 かった 5. 主 な 発 表 論 文 等 ( 研 究 代 表 者 研 究 分 担 者 及 び 連 携 研 究 者 に は 下 線 ) 雑 誌 論 文 ( 計 12 件 ) (1) M. Minowa, T. Kobari, H. Akamatsu, T. Ichikawa, R. Fukuda & M. Higashi (2011). Seasonal changes in abundance, biomass and depth distribution of mesozooplankton community in Kagoshima Bay. Bulletin of Japanese Society of Fisheries Oceanography ( 査 読 有 ), 75, 71-81. (2) T. Kobari, K. Hijiya, M. Minowa & M. Kitamura (2011). Depth distribution, biomass and taxonomic composition of subtropical microbial community in southwestern Japan. South Pacific Study ( 査 読 無 ), 32, 31-43. (3) Y. Nishibe, T. Kobari & T. Ota (2010). Feeding by the cyclopoid copepod Oithona similis on the microplankton assemblage in the Oyashio region during spring. Plankton and Benthos Research ( 査 読 有 ), 5, 74-78. (4) M. Ichinomiya, Y. Gomi, M. Nakamachi, T. Ota & T. Kobari (2010). Temporal patterns in silica deposition among siliceous

plankton during the spring bloom in the Oyashio region. Deep-Sea Research II ( 査 読 有 ), 57, 1665-1671 (5) T. Kobari, K. Mitsui, T. Ota, M. Ichinomiya & Y. Gomi (2010). Response of heterotrophic bacteria to the spring phytoplankton bloom in the Oyashio region. Deep-Sea Research II. ( 査 読 有 ), 57, 1671-1678. (6) T. Kobari, Y. Inoue, Y. Nakamura, H. Okamura, T. Ota, Y. Nishibe & M. Ichinomiya (2010). Feeding impacts of ontogenetically migrating copepods on the spring phytoplankton bloom in the Oyashio region. Deep-Sea Research II. ( 査 読 有 ), 57, 1703-1714 (7) T. Kobari, A. Ueda & Y. Nishibe (2010). Development and growth of ontogenetically migrating copepods during the spring phytoplankton bloom in the Oyashio region. Deep-Sea Research II. ( 査 読 有 ), 57, 1715-1726 (8) H. Doi, T. Kobari, K. Fukumori, Y. Nishibe & S. Nakano (2010). Trophic niche breadth variability differs among three Neocalanus species in the subarctic Pacific Ocean. Journal of Plankton Research ( 査 読 有 ), 32, 1733-1737 (9) T. Kobari (2010). Measurements of growth rate for natural population of planktonic copepods: a review. Oceanography in Japan ( 査 読 有 ), 19, 213-232 (10) T. Kobari, H. Akamatsu, M. Minowa, T. Ichikawa, K. Iseki, R. Fukuda & M. Higashi (2010). Effects of the copepod community structure to fecal pellet flux in Kagoshima Bay, a deep, semi-enclosed embayment. Journal of Oceanography ( 査 読 有 ), 66, 673-684 (11) T. Kobari, T. Fujii, Y. Kobari & A. Habano (2010). Seasonal variations in abundance, growth and mortality of heterotrophic bacteria in Kagoshima Bay. Journal of Oceanography ( 査 読 有 ), 66, 845-853 (12) 小 針 統 小 針 有 里 恵 市 川 敏 弘 釘 田 禎 之 吉 田 拓 己 藤 井 友 生 古 橋 智 志 山 本 孝 幅 野 明 正 福 田 隆 二 (2009). 鹿 児 島 湾 における 微 小 プランクトン 群 集 の 季 節 動 態. 海 洋 と 生 物 ( 査 読 無 ), 31, 37-44 学 会 発 表 ( 計 10 件 ) (1) 海 野 圭 祐 小 針 統 喜 多 村 稔 川 上 創 本 多 牧 生 (2011.9.28). 西 部 北 太 平 洋 における 微 小 プランク トン 群 集 および 沈 降 粒 子 の 季 節 変 化. 日 本 海 洋 学 会, 福 岡. (2) 小 針 統 伊 佐 見 啓 蓑 輪 政 人 赤 松 弘 康 喜 多 村 稔 川 上 創 本 多 牧 生 (2011.9.28). 西 部 北 太 平 洋 亜 寒 帯 域 および 亜 熱 帯 域 における 鉛 直 移 動 性 動 物 プランク トンの 炭 素 輸 送 に 与 える 影 響 : 冬 期. 日 本 海 洋 学 会, 福 岡. (3) H. Isami, M. Kitamura, M. Minowa, T. Kobari, H. Akamatsu, H. Kawakami, K. Matsumoto & M. C. Honda (2011.3.18). Relative importance of respiratory carbon flux by Pleuromamma copepods in the subarctic andsubtropical Pacific Oceans. 5th International Zooplankton Production Symposium, Pucon (Chili). (4) T. Kobari, K. Tadokoro, H. Sugisaki & H. Ito (2010.4.29). Response of large grazing copepods to climate-oceanographic changes in the western subarctic Pacific Ocean. Climate Change Effects on Fish and Fisheries, Sendai (Japan) (5) T. Kobari, H. Mori & H. Tokushige (2009.10.30). Nucleic acids and protein contents in ontogenetically migrating copepods in the subarctic Pacific Ocean as influenced by development stage and depth distribution. PICES 18th Annual Meeting, North Pacific Marine Science Organization, Jeju (Koria). (6) M. Minowa, T. Kobari, H. Akamatsu & T. Ichikawa (2009.10.29). Impacts of small copepods on sinking particles in semi-enclosed and deep embaymentpices 18th Annual Meeting, North Pacific Marine Science Organization, Jeju (Koria). (7) T. Kobari (2009.9.30). Ontogenetically migrating copepods are as an integral component for the subarctic marine ecosystems. Workshop on Continuous Plankton

Recorder survey and long-term observation of the plankton ecosystems in the North Pacific, North Pacific Marine Science Organization, Fisheries Research Agency, Yokohama (Japan). (8) 森 晴 子 小 針 統 徳 重 ひとみ (2009.9.26). 核 酸 タンパク 質 を 使 った 動 物 プラン クトンの 成 長 過 程 の 解 析. 日 本 海 洋 学 会, 京 都 大 学. (9) 蓑 輪 政 人 小 針 統 赤 松 弘 康 市 川 敏 弘 (2009.9.26). 鹿 児 島 湾 におけるメソ 動 物 プランク トンの 沈 降 粒 子 に 与 える 影 響. 日 本 海 洋 学 会, 京 都 大 学. (10) 赤 松 弘 康 小 針 統 蓑 輪 政 人 市 川 敏 弘 (2009.9.26). 鹿 児 島 湾 における 沈 降 粒 子 のフラッ クスおよび 形 状. 日 本 海 洋 学 会, 京 都 大 学. その 他 ホームページ 等 http://www.fish.kagoshima-u.ac.jp/fis h/field/plankton/home.htm 6. 研 究 組 織 小 針 統 (KOBARI TORU) 鹿 児 島 大 学 水 産 学 部 准 教 授 研 究 者 番 号 :60336328