北極海の気候変動による植物プランクトンの一次生産の変動メカニズム

北冰洋气候变化导致初级浮游植物产量变化的机制

• 批准号: 22K12342
• 负责人: 増田 良帆
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12342/
• 关键词: 北極海; 植物プランクトン; 一次生産; 馴化; 海洋大循環モデル; 環境適応

本年度は植物プランクトンが細胞内の炭素・窒素比を環境に応じて変化させるメカニズムを明らかにした論文がLimnology and Oceanography Letters誌に受理されており、この論文の中で北極海の炭素・窒素比の分布を示している。もし、将来の気候変動に伴って植物プランクトンの炭素・窒素比が変化すると、海洋が吸収する炭素量が変化する。我々は光合成による炭素獲得能力と窒素獲得能力のトレードオフを提唱した植物プランクトン生理理論を3Dの海洋生態系モデルに導入し、この理論が炭素・窒素比についての様々な観測事実を説明できることを示した。この3Dモデルを用いて計算を行うと、北極海が吸収する炭素量の気候変動に伴う変化を従来モデルより正確に見積もれると期待される。トレードオフに基づく生理理論に基づいて開発された海洋生態系モデル（FlexPFT-3D）のシミュレーション結果を解析した結果、北極海の植物プランクトンは海氷のある場所と無い場所では生存戦略を大きく変えていることが分かった。海洋表層で、海氷が無い場所では光は十分にあるが栄養塩が不足する。このような場所では植物プランクトンは栄養塩獲得にリソースを割き、光獲得にはリソースを割かないので、細胞内のクロロフィル（葉緑素）含有量は低くなる。一方、海洋表層で海氷のある場所では栄養塩より光が不足する。植物プランクトンは栄養塩獲得より光獲得を優先するので、細胞内のクロロフィル濃度が高くなる。FlexPFT-3Dでは我々のグループの従来モデル（MEM: NEMURO＋鉄循環）より、北極海のクロロフィル濃度の再現性が遥かに高いことは既に分かっていたが、今年度の研究で、生存戦略に基づいて細胞内のクロロフィル濃度を変化させるメカニズムが再現性を向上させていたことが分かった。

今年，一篇阐明浮游植物响应环境而改变细胞内碳/氮比例的机制的论文被《Limnology and Oceanography Letters》接收，其中显示了其分布情况。如果浮游植物的碳/氮比因未来气候变化而发生变化，海洋吸收的碳量就会发生变化。我们将浮游植物生理理论引入到 3D 海洋生态系统模型中，该理论提出了通过光合作用获取碳的能力和获取氮的能力之间的权衡，并表明该理论可以解释有关碳/氮的各种观察到的事实比率。与传统模型相比，使用该 3D 模型进行的计算预计能够更准确地估计气候变化导致的北冰洋吸收碳量的变化。通过对基于基于权衡的生理理论开发的海洋生态系统模型（FlexPFT-3D）的模拟结果进行分析，我们发现北冰洋的浮游植物在有海冰和无海冰的地区显着改变了它们的生存策略。我发现有。在没有海冰的海洋表面，光线充足，但缺乏营养。在这些地区，浮游植物将资源用于获取营养，而较少用于获取光，导致细胞内叶绿素含量较低。另一方面，在海洋表面有海冰的地方，缺乏的是光而不是营养。浮游植物优先考虑光获取而不是营养获取，导致细胞内叶绿素浓度较高。我们已经知道FlexPFT-3D对北冰洋叶绿素浓度的重现性比我们组之前的模型（MEM：NEMURO +铁循环）要高得多，但是在今年的研究中，我们发现了一种改变细胞内叶绿素浓度的机制提高了再现性。

项目成果

Instantaneous acclimation allows computationally efficient modelling of plankton ecophysiology and nutrient and carbon cycling

瞬时适应可以对浮游生物生态生理学以及营养和碳循环进行有效的计算建模

• 发表时间: 2022
• 作者: Smith Sherwood Lan;Kerimoglu Onur;Anugerahanti Prima;Pahlow Markus;Masuda Yoshio;Yamanaka Yasuhiro;Sasai Yoshikazu
• 通讯作者: Sasai Yoshikazu

Acclimation by diverse phytoplankton species determines oceanic carbon to nitrogen ratios

不同浮游植物物种的适应决定了海洋碳氮比

• DOI: 10.1002/lol2.10304
• 发表时间: 2023
• 期刊: Limnology and Oceanography Letters
• 影响因子: 7.8
• 作者: Masuda Yoshio;Yamanaka Yasuhiro;Smith Sherwood Lan;Hirata Takafumi;Nakano Hideyuki;Oka Akira;Sumata Hiroshi;Aita Maki Noguchi
• 通讯作者: Aita Maki Noguchi

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

使用可重现地下叶绿素最大值的模型分析初级生产的垂直分布

• 发表时间: 2022
• 作者: 増田良帆;野口真希;Smith Sherwood Lan;山中康裕;中野英之
• 通讯作者: 中野英之