海洋植物プランクトンに関する形質空間の概念確立と気候変動に伴う将来予測

• 研究課題/領域番号: 18H04130
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分63:環境解析評価およびその関連分野
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 山中 康裕 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (40242177)
• 研究分担者: 平田 貴文 北海道大学, 北極域研究センター, 特任准教授 (80576231)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 43,160千円 (直接経費: 33,200千円、間接経費: 9,960千円); 2022年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2021年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円); 2020年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2019年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円); 2018年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
• キーワード: 植物プランクトン / 海洋大循環モデル / 炭素循環 / CN比 / 環境適応 / 生物多様性 / 気候変動 / 数値シミュレーション / 生態系モデル / 亜表層クロロフィル極大 / 多様性 / 形質空間 / 北極海 / 一次生産 / 多様性モデル

研究成果の概要

海洋の植物プランクトン個体が環境変化に対して適応するメカニズムを数値シミュレーションに導入し、観測で得られた生物量分布の再現性を顕著に上昇させることに成功した。光の少ない深海では植物プランクトンは細胞内のクロロフィル（葉緑素）の量を増やすことで、受け取る光の量を増やすように適応する。この適応を適切に表すことで、海洋のクロロフィル分布の再現性を上げることができた。また、適応による植物プランクトン細胞内の炭素・窒素比の変化を導入することによって、海洋の炭素・窒素比の分布の再現性を向上させた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

海洋の植物プランクトンは光合成によって二酸化炭素を吸収して有機物を形成し、その死骸が海洋深層へ沈降することで、炭素を海洋深層へ貯留する役割を担っている。この光合成による二酸化炭素吸収は将来の気候変動に伴って変化することが予測されており、予測には数値シミュレーションが用いられている。我々の研究は、現在環境下における再現性を向上させることによって、数値シミュレーションの信頼性を大きく向上せた。

研究成果

• [雑誌論文] Acclimation by diverse phytoplankton species determines oceanic carbon to nitrogen ratios (2023)
  • 著者名/発表者名: Masuda Yoshio、Yamanaka Yasuhiro、Smith Sherwood Lan、Hirata Takafumi、Nakano Hideyuki、Oka Akira、Sumata Hiroshi、Aita Maki Noguchi
  • 雑誌名: Limnology and Oceanography Letters 巻: 無 号: 3 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1002/lol2.10304
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photoacclimation by phytoplankton determines the distribution of global subsurface chlorophyll maxima in the ocean (2021)
  • 著者名/発表者名: Masuda Yoshio、Yamanaka Yasuhiro、Smith Sherwood Lan、Hirata Takafumi、Nakano Hideyuki、Oka Akira、Sumata Hiroshi
  • 雑誌名: Communications Earth & Environment 巻: 2 号: 1 ページ: 128-128
  • DOI: 10.1038/s43247-021-00201-y
• [雑誌論文] Inhibition of competitive exclusion due to phytoplankton dispersion: a contribution for solving Hutchinson's paradox (2020)
  • 著者名/発表者名: Masuda Yoshio、Yamanaka Yasuhiro、Hirata Takafumi、Nakano Hideyuki、Kohyama Takashi S.
  • 雑誌名: Ecological Modelling 巻: 430 ページ: 109089-109089
  • DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2020.109089
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Instantaneous acclimation allows computationally efficient modelling of plankton ecophysiology and nutrient and carbon cycling (2022)
  • 著者名/発表者名: Sherwood Lan Smith, Onur Kerimoglu, Prima Anugerahanti, Markus Pahlow, Yoshio Masuda, Yasuhiro Yamanaka, Yoshikazu Sasai
  • 学会等名: JpGU(Japan Geoscience Union Meeting) 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Acclimation by diverse phytoplankton species determines oceanic carbon to nitrogen ratios (2022)
  • 著者名/発表者名: Masuda Yoshio, Yamanaka Yasuhiro, Sherwood Lan Smith, Hirata Takafumi, Nakano Hideyuki, Akira Oka, Sumata Hiroshi
  • 学会等名: Acclimation by diverse phytoplankton species determines oceanic carbon to nitrogen ratios JpGU(Japan Geoscience Union Meeting) 2022
  • 国際学会
• [学会発表] 亜表層クロロフィル極大を再現できるモデルを用いた一次生産の鉛直分布の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 増田良帆、野口真希、Sherwood Lan Smith、山中康裕、中野英之
  • 学会等名: 日本海洋学会2022年度秋季大会
• [学会発表] 植物プランクトンのCN比はどのように決まるか (2021)
  • 著者名/発表者名: 増田良帆、山中康裕、中野英之
  • 学会等名: 日本海洋学会秋季大会
• [学会発表] Impact of the deviation of phytoplankton stoichiometry from Redfield ratio on global oceanic net primary production (2020)
  • 著者名/発表者名: Masuda, Y., Yamanaka, Y., Hirata, T., Nakano, H.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Significance of acclimation process in simulating chlorophyll distribution in the Arctic Ocean (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshio Masuda, Yasuhiro Yamanaka, Takafumi Hirata, Hideyuki Nakano
  • 学会等名: Japan Geoscience Union
  • 国際学会
• [学会発表] 次世代植物プランクトンモデルによる北極海の亜表層クロロフィル極大の再現 (2019)
  • 著者名/発表者名: 増田良帆, 平田貴文, 山中康裕, 中野英之
  • 学会等名: 日本海洋学会
• [学会発表] A phytoplankton model with dynamic stoichiometry based on a new instant acclimation scheme: good reproduction of the subsurface chlorophyll maximum and primary production (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshio Masuda, Yasuhiro Yamanaka, Takafumi Hirata, Hideyuki Nakano
  • 学会等名: Japan Geoscience Union
  • 国際学会