冬の氷の喪失により、五大湖の食物連鎖が変化しています – 光が水中での生命をどのように形作っているのかをご覧ください

五大湖の冬は厳しいため、そこで働く科学者は夏に集中することが多いです。 小さな微生物 食物連鎖の根元にあるものが最も生産的であると考えられていました。

しかし、新たな研究により、これらの冬の生態系に対する私たちの理解が変わり、氷のすぐ下の活気に満ちた冬の活動の世界に光が当てられています。

科学者たちは 2000 年代初頭に、光合成を行う小さな藻類である珪藻の群集が、 光の中で繁栄する 風に吹かれる湖の氷の下。しかし、それは話の一部に過ぎなかったことが判明しました。

五大湖の冬の氷が消えるにつれて、それが襲いかかりました 2023年から2024年の冬には過去最低を記録 – 新しい分析により、一部の珪藻はエネルギーを生成し、夏まで氷のない暗く濁った水の中で生き残るために異なる方法を持っているようであることが示されています。

これら 微生物は重要です 五大湖の健康のために。これらは汚染物質を取り除き、水を浄化し、地域経済の一部を支える漁業を支える複雑な食物網の第一歩となります。ここでの変化は湖の生態系に広範囲に影響を及ぼし、周囲のコミュニティに直接的な経済的影響を与える可能性があります。

氷からにじみ出る

氷の下の生命への関心は 2007 年に高まりました。そのとき、カナダ沿岸警備隊の砕氷船に乗船していた国際科学者チームが、船がエリー湖の氷の中を進んでいるときに異変に気づきました。

氷が割れると、湖から黒褐色の水が流れ出しました。そうだった 珪藻がいっぱい.

過去にも冬の微生物に関する散発的な研究はあったが、湖水学者（湖を研究する科学者）は、 道具を持っていなかった に 完全に理解する 最近までの微生物の行動。

過去5年間、 共同ゲノム研究所 米国のエネルギー省は、地球上のすべての微生物の RNA を配列決定する分子生物学プロジェクトを支援してきました。 エリー湖から採取されたサンプル これらの生物がどのようにして冬の間を生き延び、将来の気候シナリオに適応するかどうかを検討するためです。この取り組みにより、珪藻がどのように光を利用しているのかについて新たな観察が行われています。

動物の目に共通するタンパク質を利用

通常、私たちは珪藻を、太陽光を利用して光合成によって二酸化炭素を生物材料に変換する生物であると考えています。夏には五大湖全域に蔓延し、湖に栄養を与えるのに役立ちます。 数十億ドル規模のスポーツおよび商業漁業.

冬の間、珪藻は風に吹かれる氷を通して漏れる光からエネルギーを生み出すことができます。しかし、氷が存在しない冬には、珪藻が湖水に混ざり、チョコレートミルクと表現するのが最も適切な場合もあります。この濁った水は光がほとんど透過しないため、珪藻は光合成を促進する特定の波長の光をほとんど受け取りません。

2019年から2020年の冬にサンプルを集めました 比較する 外海に生息する珪藻群集が氷の下に生息する珪藻群集とどのように異なるのか。私たちは、氷が存在しないとき、一部の珪藻がロドプシンと呼ばれる色素によって駆動される、別の形式のエネルギー獲得を行っていたことに驚きました。

ロドプシン は光応答性タンパク質であり、おそらく動物の目の重要な構成要素として最もよく知られています。海洋システムでは、それが示されました 2001年に これらのタンパク質は細菌細胞でのエネルギー生成に関与しており、特に アデノシン三リン酸, 、またはATP。ATP は生物が多くの細胞プロセスの電源として使用する化学物質であり、そのため、生細胞の「分子通貨」というニックネームが付けられています。

現在ではエリー湖の珪藻の一部が存在しているようです。 このエネルギー生成メカニズムを利用する 氷のない冬季の光制限された光合成を増強します。

2 つのプロセスの違いが重要になる場合があります。光合成は、細胞が炭素を固定して新しいバイオマスとATPの形で細胞エネルギーを生成するのを助けます。ロドプシンの場合、ATP は生成されますが、直接的な炭素固定は行われません。

これは、このような濁った水の中では細胞は存続する可能性はあるものの、成長しない可能性があることを意味します。しかし生物学では、生き残ることがすべてです。ある生物の競争相手が過酷な条件で生き残れず、その生物が生き残る場合、条件が改善するとより多くの栄養素が存在することになります。この目的のために、これらの珪藻に含まれるロドプシンは、生存メカニズムであると同時に、暗く氷のない冬の条件でも生き残る機会でもあるようです。

気候の変化に応じて湖の生物が進化する様子を観察する

に移行すると、 温暖な気候と氷のない時代 エリー湖や他の北方の温帯湖では、このデータは、時間の経過とともに、氷に覆われた湖で繁栄していた珪藻が、冬にはロドプシンを持つ珪藻に置き換わる可能性があることを示唆しています。

この変更の影響は多岐にわたる可能性があります。食物網の根元における小さな変化が漁業に影響を与える可能性があります。さらに、一部の珪藻は次のような化合物を生成することが知られています。 野生動物と人間にとって有毒.

藻類の種の変化が長期的に漁業、観光、沿岸資源管理にどのような影響を与えるかについては、現時点では推測しかありません。藻類群集が時間の経過とともにどのように変化するかは、多くのドライバーへの対応であり、光はその 1 つにすぎません。しかし、この変化を最初から観察する機会を持つことは、五大湖や世界中の同様の湖に対する温暖化気候の影響を理解するまたとない機会を生み出します。