この猛暑は海洋食物連鎖の根幹を揺るがしている

世界中の海洋の温暖化は文字通り桁外れです。先週、フロリダ州マナティ湾のブイで水温が華氏101度（摂氏約38度）に達しました。そして3月以降、世界の海面水温は記録的な高水温を更新し続けています。

下のグラフでは、2023年の世界平均が黒の実線で示されています。（その他の波線は過去の年を示しています。）

一方、北大西洋の気温は、ここ数年の最高値を上回り、上昇を続けています。先週、同海域は1980年代初頭の記録開始以来、最高気温を記録しました。 

さらに恐ろしいのは、北大西洋の年間最高気温は通常9月上旬まで記録更新されないため、今後数週間は記録更新が続く可能性が高いことです。（下のグラフでは、北大西洋の記録的な気温は黒の実線で示されています。） 

この夏私たちが目にしているのは、地球の気候に内在する自然の変動性と、人類による急速な地球温暖化が組み合わさった結果です。太平洋の温暖な海水域であるエルニーニョ現象も発生・強まり、地球の気温を上昇させています。こうした変動と長期的な気温上昇の傾向が重なると、「温暖化はさらに進む」と、アメリカ海洋大気庁（NOAA）の海洋学者マイケル・ジェイコックス氏は言います。「すでに極端な状況だった気温が、さらに上昇するのです。」

メディアの注目は、フロリダの温水浴槽のような海域をはじめとする各地のサンゴに集中しており、それは当然のことだ。サンゴは高温によるストレスを受けると白化し、エネルギーを蓄える共生藻を放出する。「サンゴ礁システムは、その生物多様性と経済的重要性ゆえに、当然ながら大きな懸念事項です」と、カリフォルニア科学アカデミーの古生態学者で無脊椎動物学・地質学キュレーターのピーター・ループナリン氏は語る。「しかし、今回の事態は、海と海洋生物のあらゆる側面、つまりサンゴだけにとどまらないあらゆるものに影響を及ぼしています。」

プランクトンを考えてみましょう。ギリシャ語で「さまよう」という意味です。この生物の集まりは、海洋食物網の基盤を構成しています。植物プランクトンは、太陽光を餌とする微小な浮遊植物です。植物プランクトンは、小型甲殻類や魚の幼生など、動物プランクトンと呼ばれる動物に食べられます。動物プランクトンは、成魚などの大型生物に食べられます。「植物プランクトンは動物プランクトンを駆逐し、動物プランクトンが魚を駆逐し、さらに他の生物の餌になります」と、モントレー湾水族館研究所の生物海洋学者で上級科学者のフランシスコ・チャベス氏は述べています。「海面水温の上昇は、生態系全体に何らかの形で影響を与えるはずです。」

気温の上昇は、プランクトン群集を構成する多くの種にストレスを与えます。サンゴ礁生態系のサンゴと同様に、外洋の生物にも一定の耐熱性があります。「大きな問題は、おそらく99%の生物にとって最適な温度範囲が分かっていないことです」とループナリン氏は言います。「生物には最適な温度範囲があることは分かっていますが、それを測定するのは非常に難しいのです。」

海は人類が大気中に放出した過剰な熱の約90%を吸収しており、その成果は明らかです。2014年までに世界の海面の半分がかつて極端とされていた気温を記録し、2019年には57%にまで上昇しました。つまり、猛暑が新たな常態となったのです。

「20年前、私たちは2050年頃には劇的な変化が起こり始め、2080年、2100年には危機に陥るだろうと話していました」とループナリン氏は語る。「文字通り、過去15年間、毎年のように、私たちのモデルが少し遅すぎたことを示す出来事が起きています。このスピードは、実に驚くべきものだと思います。」

懸念されるのは熱だけではありません。海水温が上昇すると、これらの生物の住処である表層水に物理的・化学的にいくつかの変化が生じます。海水温が上昇するほど、保持できる酸素量は減少します。地球温暖化が急速に進むにつれ、科学者たちは海洋の酸素濃度が着実に低下していることを発見しました。場合によっては急激に低下し、熱帯地域では最大40%の減少が見られます。これは当然のことながら、生物が生存に必要な酸素を奪うことになります。 

第二に、水温が上昇するほど、密度は低くなります。表層では熱い水が帯状に広がり、深層では冷たい水が層状に広がります。これは成層構造と呼ばれます。「夏に湖で泳いだことがある人なら、水面にいる時は心地よい暖かさを感じますが、潜るとすぐに冷たくなります」とオレゴン州立大学の海洋生態学者、マイケル・ベーレンフェルド氏は言います。「まさにこの成層構造を泳いでいるのです。」

海では、この温水は重要な生態学的プロセスを阻害する蓋のような役割を果たします。通常、深層から栄養分が湧き上がり、表層を浮遊する植物プランクトンの餌となります。しかし、成層化によってそれが阻害されます。さらに、風は通常、表層を吹き抜け、その水を深層まで混ぜ合わせ、栄養分も運び上げます。しかし、成層化によって、表層の温水と下層の冷水との間のコントラストが非常に強くなるため、風力エネルギーで両者を混ぜ合わせることは非常に困難になります。

これらすべてが相まって、温暖化した海に生息する植物プランクトンが必要な栄養素を欠乏していることを意味します。その結果、太陽光をエネルギーに変換するために使用する色素の生成量が減少します。「植物プランクトンは栄養ストレスにさらされるため、光合成色素を減少させるでしょう」とベーレンフェルド氏は言います。「以前ほど光合成を行うのに十分な栄養素がないため、それほど多くの光を集める必要がなくなります」（ベーレンフェルド氏は衛星画像で実際に変化を観察できます）。

また、光への露出が増えるため、色素の生成量も減少します。風が水をかき混ぜないため、水面の熱い水に閉じ込められる時間が長くなります。光への露出が増えると、同じ量の光合成を行うのに必要な色素の量が少なくなります。 

「私たちが本当に心配しているのは、栄養ストレスの部分です」とベーレンフェルド氏は言う。「ストレスが強まると光合成が減り、魚の餌となる食物連鎖に必要な有機物の生産量が減ることになります。」

世界の海水温の上昇は、植物プランクトン群集に勝者と敗者を生み出しています。気温が上昇すると、小型の植物プランクトンが増殖し、それが小型の動物プランクトンの餌となり、動物プランクトンは生態系を支配するようになります。大型の動物プランクトンは、満腹になるまでに十分な量の小型植物プランクトンを集めるために、より多くのエネルギーを費やす必要があります。（チーズバーガーばかり食べていた人が、スライダーに切り替えなければならない状況を想像してみてください。）

「多くの場合、プランクトンは極めて回復力に優れていますが、群集構成に変化が生じます」と、ウッズホール海洋研究所の海洋生物学者、カースティン・マイヤー＝カイザー氏は言う。温暖な海水と食糧供給の変化に最も適応できる種が有利になる。例えば、動物プランクトンの一種であるカイアシ類のCalanus finmarchicusは、通常亜北極圏に生息する。「しかし、この種はどんどん北に進出し、より一般的になり、気温上昇と温水の流入に伴い、その地域で群集を支配するようになってきています」とマイヤー＝カイザー氏は言う。

しかし、この熱波は、海底に生息する生物の幼生など、他の種類の動物プランクトンにも脅威を与えています。これらの動物プランクトン類は変温動物であり、気温上昇に伴い代謝が加速します。そのため、甲殻類の幼生は外洋を移動する際に母親から卵黄を運ぶことができますが、その栄養分はより早く消費されてしまいます。「幼生は、窮地に陥り、海底に定着せざるを得なくなるまで、十分に遠くまで移動できない可能性があります」とマイヤー＝カイザー氏は言います。「幼生のような初期の生活史段階は、同種の成体よりも環境の変化に敏感な傾向があります。そのため、熱波では生き残れない可能性があります。」もちろん、これは漁業に影響を及ぼし、自給自足の漁師の生活を脅かす可能性があります。 

これらの波及効果は地球の気候システムにまで及ぶ可能性があります。植物プランクトンが成長すると、陸上の植物と同様に炭素を固定します。動物プランクトンがそれらを摂取すると、その排泄物が海底に沈み、炭素は深海に閉じ込められます。海水自体が大気中の炭素を固定する（二酸化炭素は水に溶け、酸性度が上昇し、海洋酸性化を引き起こす）ことに加え、これは地球が人類の排出ガスの一部を除去する非常に重要な方法です。

プランクトンがより温暖な生息地に適応しようとするにつれ、「種レベルと群集レベルの両方で劇的な変化が見られるようになるでしょう。これは地球システム全体の刷新です」とマイヤー＝カイザー氏は言う。「私の予測では、生態系は適応する方法を見つけ出すでしょう。確かに、生物多様性は失われ、重要な機能は失われるでしょう。しかし、動物は生き残り続けるでしょう。」