研究課題
基盤研究(B)
植物プランクトンの生態は乱流・混合過程と密接な関係があることは明白であるが、植物プランクトンの微細な分布と乱流場との関係は明らかにされていない。本研究の目的は植物プランクトンの微細な分布を乱流に関係する物理量と共に計測し、その関係を明らかにすることである。さらに、第二の目的として植物プランクトンの微細な分布状態と動物プランクトンの摂餌行動の関係を水槽実験により究明することである。植物プランクトンの微細な分布状態を観測するためにLEDを用いた蛍光光度計はすでに開発済みであったが、その空間解像度が不明であった。そこで空間解像度の分かっている超高解像度水温計(FPO7)を利用し、小型LED蛍光光度計の空間応答関数を推定する実験方法を考案し、その解像度が2cmであることが分かった。次に、解像度をさらに向上させるため青色ダイオードのレーザー光を利用した新たな超小型蛍光光度計を設計し、開発を行った。このレーザー蛍光光度計の空間解像度を検証するため、LED蛍光光度計と同様の水槽実験を行い、その解像度が2mmであることが分かった。このレーザー式蛍光光度計は技術的に優れていることが判明したので、特許の申請を行った。これら2タイプの蛍光光度計を用いて乱流中の植物プランクトンの分布を計測するため、乱流計測用シェアープローブを2本搭載した新たなTurboMAP-Lを設計し、開発を行った。蛍光光度計の空間解像度及び応答関数が明らかになったため、乱流スペクトルとクロロフィルスペクトルが近慣性領域において-5/3乗則が同時に成立することを初めて立証することに成功した。蓄積したTurboMAP-Lのデータの解析を進めることにより、LED方式とレーザー方式の蛍光光度計の50cm以上の空間平均値が等しくなることを確認し、両者の間に整合性があることが分かった。動物プランクトンが植物プランクトンを濃密に含む厚みの薄い層(thin layer : TL)にどのように対応して行動するのかに着目しウニの幼生を用いて実験を行った。この実験の結果、シロウニLytechinus pictusの六腕期幼生は、餌の層に対応した行動を明らかに示すことが分かった。すなわち植物プランクトンの微細な分布は動物プランクトンの食性に極めて重要な役割を果たしていることが推察できる。
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