Decadal shifts of organic contaminants in oceanic plankton

海はしばしば広大で清浄な空間として想像されますが、人類が生み出す合成化学物質を集める巨大な貯蔵庫でもあります。パッケージに使われるプラスチックから、私たちが服用する医薬品、タイヤの添加剤に至るまで、何千もの人工物質が水へと流入しています。一度そこに入ると、それらは単に消えてなくなるわけではありません。海流や大気を介して広大な距離を移動し、最終的には地球の最も辺境の隅々にまで到達します。海洋食物網の最下層には、表層を漂う微細な植物や動物であるプランクトンが存在します。これらの小さな生物は海洋生命の基礎ですが、同時に汚染物質のスポンジとしての役割も果たしています。非常に小さく豊富に存在するため、彼らは海水から直接化学物質を吸収します。より大きな動物がプランクトンを食べることで、それらの化学物質は食物連鎖の上へと移動していきます。さらに、プランクトンが死んだり排泄物を生成したりすると、それらは沈降し、吸収した化学物質を深海へと運びます。これは、表面の汚染を暗い深海へと移動させるデリバリーシステムとして機能しており、そこでは非常に長い間、化学物質が残留することになります。

科学者たちは、海洋が汚染されていることを古くから知っていましたが、彼らは主に、古い農薬や工業用溶剤のような、既知の危険な化学物質の短いリストのみを対象としてきました。このアプローチでは、それらの古い化学物質が禁止されて以来発明された数千もの新しい物質を見落としてしまいます。外洋に実際に何が存在しているのかという真の姿を把握するために、スペインの研究者を中心とする研究チームは、より広い網を投じることにしました。彼らは、10年の間隔を空けた2回の主要な遠征を通じて、大西洋、太平洋、インド洋、そして南極海を航行しました。単に少数の既知の容疑者を追うのではなく、彼らは採取したプランクトンを、約700種類の異なる有機汚染物質のデータベースに対してスクリーニングしました。これには、日焼け止めから医薬品、タイヤ添加剤、可塑剤に至るまで、あらゆるものが含まれていました。分子量と構造に基づいて化学物質を特定できる技術である高度な質量分析を用いることで、彼らはかつてないほど広範なスペクトルの汚染を可視化することができました。

結果は、複雑で変化し続ける汚染の景観を明らかにしました。2010年から2011年の間に採取されたサンプルからは、洗浄製品に使用される界面活性剤、保存料、そして日焼け止めに含まれるUVフィルターなど、多種多様な化学物質が見つかりました。これらの中には、驚くほど高い濃度で存在するものもあり、乾燥したプランクトンの重量あたり数千ナノグラムに達していました。例えば、特定のタイプの界面活性剤であるジオクチルスルホコッケートは、最初の航海のほぼすべてのサンプルから検出されました。また、特定の工業用芳香族アミンも検出されましたが、これらの中には人体に有害であることが知られているものもあります。また、本研究は、分解しにくいことで知られるPFAS（ペルフルオロアルキル化合物およびポリフルオロアルキル化合物）の存在も確認しました。これらの知見は、都市や工場から遠く離れた外洋であっても、プランクトンが多様な現代的化学物質のカクテルを蓄積していることを示しています。

研究者たちが10年後、2020年から2022年にかけて大西洋に戻ったとき、化学的プロファイルが大きく変化していることが分かりました。この変化は、人間の規制や産業の変化が環境にどのように影響を与えるかを知るための、貴重な一瞥を与えてくれます。最初の10年間で最も一般的であった化学物質、例えば特定のPFAS化合物や特定の医薬品などは、その多くが消失したか、あるいは頻度が大幅に減少していました。この減少は、その毒性と残留性を理由に、これらの物質を段階的に廃止しようとする世界的な取り組みと一致しています。しかし、物語は単純な浄化だけではありませんでした。古い化学物質が衰退するにつれ、新しいものがそれに取って代わりました。研究者たちは、タイヤやプラスチックに関連する化学物質、すなわちゴム製造に使用される添加剤や新しいタイプの可塑剤の上昇を検出しました。2020年のサンプルで見つかった異なる化学物質の総数はわずかに減少していましたが、化学物質の種類自体が入れ替わっていたのです。レガシーな添加剤が代替品へと置き換わっており、これは世界がより多くのプラスチックやゴムを生産するにつれて、海洋の化学的シグネチャーがそれら新しい材料を反映するように進化していることを示唆しています。

この研究は、こうした変化が世界中で一様ではないことも浮き彫りにしました。2010年のサンプルでは、特定の難燃剤や可塑剤が南大西洋やインド洋で高濃度で見つかりました。2回目の遠征までに、これらの特定の化合物は頻度が低下しましたが、パーソナルケア製品やタイヤ製造に使用されるような他の工業用化学物質がより顕著になりました。研究者たちは、タイヤに関連する一部の化学物質は、新しいサンプルでは頻度が低くなっているものの、より多様な形態で現れていると指摘しました。これは、規制によって一部の汚染物質の削減には成功しているものの、新しい合成材料の継続的な生産によって、海洋が絶えず変化する汚染物質のダイナミックなシンクであり続けていることを示唆しています。

おそらく最も重要な発見は、海洋全体に対する「番人」としてのプランクトンの役割です。プランクトンは化学物質を蓄積し、その後沈降するため、彼らは単に表面に浮いているものの指標ではありません。彼らは汚染を深海へと運ぶメカニズムなのです。本研究では、プランクトンの中に、脂肪に付着しやすい疎水性化学物質と、これまで海洋生物に蓄積しにくいと考えられていた極性の高い水溶性化学物質の両方が混在していることが判明しました。これは、「生物ポンプ」（有機物が表層から深海へと移動する自然なプロセス）が、これまで理解されていたよりもはるかに幅広い汚染物質を運んでいる可能性があることを意味します。低温で光の届かない深海は、化学物質が数世紀にわたって残留できる場所です。プランクトンがこの多様な化学的負荷を能動的に集め、輸送していることを示すこの研究は、深海が汚染からの安全な避難所ではなく、むしろ私たちが日常的に使用する合成化学物質の最終的な堆積場であることを強調しています。

研究者たちは、精密に測定できたものと、推定することしかできなかったものを明確に区別しました。彼らは検出された化学物質の約半分に対して参照標準を用い、正確な濃度を算出しました。その他の物質については、装置内での挙動に基づいた予測モデルを用いて、そのレベルを推定しました。これらの測定精度の違いにもかかわらず、全体的なパターンは明白でした。すなわち、外洋の化学組成は静的なものではないということです。それは人間の活動に反応し、私たちが特定の物質を禁止し、別の物質を導入するにつれて変化します。これらの変化が、汚染源から直接離れた外洋のプランクトンにおいて観察されたという事実は、これらの化学物質が膨大な距離を移動し、地球規模の食物連鎖に入り込む能力を持っていることを裏付けています。

この研究は、海洋汚染の問題を解決したと主張するものでも、状況が絶望的であると示唆するものでもありません。むしろ、私たちが現在どのような状況にあるのかを示す、詳細で根拠に基づいた地図を提供しています。それは、規制によって最も危険なレガシー化学物質のいくつかは除去されつつある一方で、海洋は今、新しい世代の合成物質によって満たされていることを示しています。本研究は、環境モニタリングの焦点が、伝統的な汚染物質のリストを超えて、市場に絶えず投入される数千もの新興化学物質へと拡大する必要があることを示唆しています。このより広い視野を持たなければ、私たちは海洋の未来を定義しているまさにその物質を見落としてしまうリスクがあります。暗い海の中を静かに漂うプランクトンは、私たちが世界に何を投入しているのかを注視することを求める、変化の物語を私たちに語りかけているのです。