微細な海洋生物は、大気からの CO₂ 吸収を遅らせるパラシュートのような粘液構造を作り出すことができます

スタンフォード大学主導の新たな研究により、海洋がどのように気候変動を緩和するかについての私たちの理解を変える可能性のある隠れた要因が明らかになりました。研究、出版された10月11日科学は、微生物の沈下を大幅に遅らせ、大気中から二酸化炭素を除去する重要なプロセスにブレーキをかける、微細な海洋生物によって生成される、これまでに見たことのない粘液「パラシュート」を明らかにした。

この驚くべき発見は、海洋の炭素隔離の可能性に関するこれまでの推定が過大評価されていた可能性があることを示唆しているが、同時に改善への道を開くものでもある気候変動を遅らせる取り組みについて政策立案者に情報を提供します。

「私たちは正しい方向を向いていませんでした」と、スタンフォード工学部とスタンフォード・ドーア持続可能性大学院の生物工学と海洋の准教授で研究の主著者であるマヌ・プラカシュ氏は言う。

「私たちが発見したことは、基本的な科学的観察の重要性と、実際の環境における自然のプロセスを研究する必要性を強調しています。それは気候変動を緩和する私たちの能力にとって極めて重要です。」

生物学的ポンプ

マリンスノー - 死んだ植物プランクトン、細菌、糞便ペレットなどの混合物人為的に生成された二酸化炭素の約 3 分の 1 を大気中から吸収し、海底まで運び、何千年もの間閉じ込められています。

科学者たちは、生物学的ポンプとして知られるこの現象について以前から知っていました。しかし、これらの繊細な粒子（海の平均深さは 4 キロメートルまたは 2.5 マイル）がどのように落ちるのかは、これまで謎のままでした。

研究者らは、珍しい発明を使って謎を解き明かした。回転顕微鏡Prakash の研究室で開発されたこの技術は、問題をひっくり返します。この装置は、その中で生物が移動するのに合わせて動き、無限距離にわたる垂直移動をシミュレートし、特定の海洋条件をエミュレートするために温度、光、圧力などの側面を調整します。

過去 5 年間にわたり、プラカシュ氏と研究室のメンバーは、研究船に特注の顕微鏡を搭載して、北極から南極まで、世界の主要な海洋すべてに持ち込みました。

最近のメイン湾への遠征で、彼らは収集したトラップを水中に吊るし、回転顕微鏡で粒子の沈降過程を迅速に分析しました。

マリンスノーは生きた生態系であるため、海上でこれらの測定を行うことが重要です。回転顕微鏡のおかげで、研究チームは初めて、遠く離れた研究室ではなく、自然環境にあるマリンスノーを極めて詳細に観察することができました。

その結果は研究者らを驚かせた。彼らは、マリンスノーが時々パラシュートのような粘液構造を作り、その生物が海の上100メートルに滞在する時間を効果的に2倍にすることを明らかにした。

この長期にわたる浮遊により、他の微生物が微生物を分解する可能性が高まります。海洋雪の粒子内で分解され、他のプランクトンがすぐに利用できる有機炭素に変換され、大気からの二酸化炭素の吸収が妨げられます。

細部にわたる美しさと複雑さ

研究者らは、観察主導型研究の一例として自分たちの研究を指摘しており、これは最も小さな生物学的および物理的プロセスが自然システム内でどのように機能するかを理解するために不可欠である。

「理論では、小さな粒子の周りの流れがどのように見えるかを示していますが、ボートで見たものは劇的に異なりました」と、研究主著者でプラカシュ研究室の博士研究員であるラーフル・チャジワ氏は述べた。 「私たちはこれらの複雑な力学を理解し始めたところです。」

この作品は重要な事実を明らかにしています。過去 200 年間、科学者たちは、小さなカバーガラスに閉じ込められたプランクトンを含む生命を 2 次元平面上で顕微鏡下で研究してきました。

一方で、公海上では高解像度での顕微鏡観察は非常に困難です。 Chajwa 氏と Prakash 氏は、研究室を離れ、科学的測定が行われる環境にできるだけ近い場所で科学的測定を行うことの重要性を強調しています。

自然環境での観察を優先する研究を支援することは、科学に資金を提供する官民の組織にとって優先事項であるべきだと研究者らは主張する。

「私たちは、生命が進化した環境を模倣することなく、生命が何をするのかという根本的な問いを立てることさえできません」とプラカシュ氏は言う。 「生物学においては、生物学を環境から剥ぎ取ることで、私たちが正しい質問をする能力をすべて剥奪してしまいました。」

この研究は、海洋炭素隔離を直接測定する重要性を超えて、日常の現象の美しさも明らかにしています。コーヒーに砂糖が溶けるのと同じように、マリンスノーの深海への降下は、私たちが常に目にしたり評価したりしない要因の影響を受ける複雑なプロセスです。

「私たちは特定の現象を当たり前のことだと思っていますが、最も単純な考え方が大きな影響を与える可能性があります」とプラカシュ氏は言う。 「マリンスノーの粘液の尾のように、これらの詳細を観察すると、私たちの世界の基本原理を理解するための新たな扉が開きます。」

研究者らは、モデルを改良し、データセットを地球規模のモデルに統合し、これまでに実施した 6 回の世界規模の遠征からのオープン データセットをリリースすることに取り組んでいます。これは海洋降雪堆積量を直接測定した世界最大のデータセットとなる。彼らはまた、環境ストレス要因や特定の種の細菌の存在など、粘液生成に影響を与える要因を調査することも目的としています。

研究者らの発見は海洋隔離の転換点についての科学者の考え方に大きな衝撃を与えたが、プラカシュ氏らは依然として希望を抱いている。北カリフォルニア沖での最近の遠征で、彼らは炭素隔離を潜在的に加速できるプロセスを発見した。

「私たちのツールを通じてプランクトンの世界を観察するたびに、何か新しいことを学びます」とプラカシュ氏は語った。