Extreme conditions and ecosystem disruptions of the relationships between phytoplankton, seagrass and macroalgal communities in the Indian River Lagoon, Florida, USA, 1997-2024
本研究は、インディアン・リバー・ラグーンにおける極端な気候事象、具体的には2010年の寒波と2017年から2018年にかけてのハリケーン期が、いかに連鎖的な生態系の混乱を引き起こし、1997年から2024年までの期間を通じて植物プランクトン、海草、および大型藻類のコミュニティ間の均衡を根本的に変容させたかを記録したものである。
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沿岸のラグーン（潟湖）は、海洋と陸地が出会う浅く、遮蔽された水域であり、魚類の保育場や環境のフィルターとしての役割を果たしています。これらの生態系において、生命は主に3つの主要な植物タイプ、すなわち水中に浮遊する微細な藻類、砂に根を張る海草、そして漂流したり底辺に生育したりする大型の海藻の間の繊細なバランスに依存しています。これらのグループは、主に日光と窒素やリンなどの栄養塩という同じ資源を巡って競合しています。水が透明で栄養レベルが適度なとき、通常は海草や海藻が繁茂し、食物網の基礎を形成します。しかし、あまりにも多くの栄養分が水に入ってくると、浮遊する微細な藻類が急速に増殖して水を緑色や茶色に変え、底部の植物が必要とする日光を遮ってしまうことがあります。この変化は生態系全体を崩壊させかねませんが、科学者たちは、突然の極端な気象事象が、緩やかな汚染の蓄積と同じくらい速く、こうした変化を引き起こす可能性があるのではないかと長年疑問に思ってきました。
28年間にわたり、研究者たちはフロリダ州の東海岸沿いに長く細長く伸びる水域である、インディアン・リバー・ラグーンを観察してきました。このシステムは非常に浅く、外海との接続が少ないため非常にユニークであり、そのせいで水は一度入ると数ヶ月間はその場に留まります。この水の動きの遅さが、条件が整えば栄養塩を蓄積させ、藻類を成長させる要因となります。フロリダ大学とセントジョンズ・リバー水管理区の研究者を中心とする科学チームは、30年近くにわたってこのラグールの健康状態を追跡してきました。彼らは水温、塩分濃度、透明度を測定し、さまざまな種類の藻類をカウントし、8つの特定の地点における海草と海藻の被度をマッピングしました。彼らの目的は、異なる植物コミュニティ間のバランスが時間の経過とともにどのように変化し、何がその変化を引き起こしたのかを理解することでした。
研究の結果、ラグーンは緩やかに変化したのではなく、それぞれ極端な気象事象によって引き起こされた2回の劇的な生物学的構成の変化を経験したことが明らかになりました。最初の大きな転換点は、2010年から2011年頃に起こりました。それらの冬、地域は異常な低温に見舞われ、水温が長期間にわたって氷点下に近い状態まで低下しました。この寒波は、水中の植物や魚類、および周囲のマングローブ林を含む多くの海洋生物を死滅させました。これら死滅した有機物が分解される過程で、大量の栄養塩が水中に放出されました。この突然の栄養の流入が、水の動きの遅さと相まって、10年間に及ぶ微細な藻類の爆発的な増殖を加速させました。
2011年から2020年までの10年間、ラグーンはこれらの小さな浮遊植物によって支配されました。水は藻類で非常に厚くなり、日光が表面をほとんど透過できないほどになりました。研究者たちは、水中の透明度が極めて低くなったため、明るい光を必要とする海草が成長できなくなったことを発見しました。かつては何十年もの間、ラグーンの主要な特徴であった海草の床は、衰退し、広範囲にわたって消失しました。浮遊する藻類は主に非常に小さな種類であり、これら低光量条件下で繁栄する褐藻の一種が含まれていました。この時期は、生態系の完全な逆転を意味していました。つまり、底生植物が浮遊する微奥的な生命の絨毯へと置き換わったのです。
第2の大きな転換は、2021年頃、別の種類の極端な気象、すなわち一連の強力なハリケーンによって始まりました。これらの嵐は激しい雨と強風をもたらし、残っていた厚い藻類の層を洗い流し、水をかき混ぜました。水が澄むにつれ、海草はいくつかの地域でゆっくりとした回復を見せ始めました。しかし、ラグ是在は単に以前の状態に戻ったわけではありません。多くの場所で、底生大型藻類であるCaulerpa（カルパ）と呼ばれる種類の海藻が、底部の空いたスペースを占拠しました。この海藻は非常に攻撃的であり、死滅した海草が残した開けた砂地の生息地に急速に成長することができます。南部では海草の回復が見られた一方で、北部ではこのCaлерパの大量発生が見られ、現在では底部の広範囲を密なマット状に覆っています。
研究者たちは高度なコンピュータモデルを使用して、これらの変化がランダムなものではないことを確認しました。彼らは、2010年の低温が藻類の大量発生の10年間を開始させた主要な要因であり、2017年と2022年のハリケーンが水を浄化し、海藻が新たに利用可能となった空間への定着を助けたことを突き止めました。この研究は、生態系が現在、新しい状態にあることを示唆しています。つまり、浮遊藻類、海草、海藻の間のバランスは、2010年以前とは異なっているのです。海草の回復は保証されていません。一部の地域では、成長の早い海藻が空間を巡って海草を圧倒しています。
この長期的な記録は、沿岸の生態系が汚染や気候変動によって単に緩やかに「新しい常態」へと漂っているのではないことを示しています。生態系は、単一の極端な事象によって、まったく異なる状態へと急変することがあります。寒波とハリケーンは「リセットボタン」として機能しましたが、それらはシステムを以前の状態に戻したのではなく、代わりに、植物同士の関係性が根本的に変わった新しい構成へとラグーンを押しやったのです。この知見は、汚染を減らすことが不可欠である一方で、極端な気象事象の頻度の増加が、これらの重要な沿岸生息地の安定性に対する、新たな、そして予測不可能な脅威となっていることを強調しています。インディアン・リバー・ラグーンの未来は、次に起こる極端な事象――それが寒波であれ、嵐であれ、あるいは激しい熱波であれ――に対して、これらの競合する植物コミュニティがどのように反応するかによって決まるのです。
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