藻類の大量発生

藻類ブルームとは、淡水または海水系における藻類の急激な増加または蓄積のことである。藻類の色素による水の変色によって認識されることが多い。^[1]藻類という用語は、海藻のような巨視的多細胞生物とシアノバクテリアのような微視的単細胞生物の両方を含む、多くの種類の水生光合成生物を包含する。^[2]藻類ブルームは、通常、巨視的藻類ではなく、微視的単細胞藻類の急速な成長を指す。^[3]巨視的藻類ブルームの例としては、ケルプの森がある。^[2] 

藻類の大量発生は、窒素やリンなどの栄養素がさまざまな発生源（例えば、肥料の流出やその他の形態の栄養素汚染）から水系に入り込み、藻類の過剰な増殖を引き起こすことによって発生します。藻類の大量発生は生態系全体に影響を及ぼします。

その結果は、高栄養段階の生物の無害な摂食から、太陽光が他の生物に届かないようにしたり、水中の酸素レベルを低下させたり、生物によっては水中に毒素を分泌したりするなど、より有害な影響まで多岐にわたります。動物や生態系に害を及ぼす可能性のあるブルーム、特に藻類によって毒素が分泌されるブルームは、通常「有害藻類ブルーム」（HAB）と呼ばれ、魚の大量死、都市による住民への水の供給停止、州による漁業の閉鎖につながる可能性があります。栄養素の過剰供給によって藻類が増殖し、酸素が枯渇するプロセスは、富栄養化と呼ばれます。

藻類や細菌の大量発生は、シベリアトラップ火山活動によって引き起こされたペルム紀末の絶滅や、大量絶滅後の生物の回復など、地質学上の過去における地球温暖化によって引き起こされた大量絶滅に継続的に寄与してきました。^[4]

藻類ブルームという用語は、科学分野によって定義が異なり、無害な藻類の「ミニブルーム」^{[定義は？ ]}から、大規模で有害なブルームイベントまでさまざまです。^[5]藻類は、サイズ、成長率、栄養要件が大きく異なる生物を含む広い用語であるため、ブルームの定義に関する公式に認められた閾値はありません。科学的なコンセンサスがないため、ブルームは、新しい藻類バイオマスの測定、光合成色素の濃度、ブルームの悪影響の定量化、または微生物群集の残りの部分と比較した藻類の相対的な濃度など、いくつかの方法で特徴付けおよび定量化できます。^[5]例えば、藻類の大量発生の定義には、クロロフィル濃度が100 ug/Lを超える場合、^[6]クロロフィル濃度が5 ug/Lを超える場合、^[7]藻類の大量発生と考えられる種の濃度が1000個/mLを超える場合、^[8]藻類種の濃度が通常の成長から逸脱している場合などがあります。^{[9] [10]}

ブルームは、特定の藻類が必要とする栄養素が地元の水生システムに導入された結果発生します。この成長を制限する栄養素は通常、窒素またはリンですが、鉄、ビタミン、アミノ酸である場合もあります。^[2]これらの栄養素が水中に追加されるメカニズムはいくつかあります。外洋と海岸沿いでは、風と海底の地形の両方からの湧昇によって、栄養素が海の光合成層、つまり日光が当たる層に引き寄せられます。 ^[11]沿岸地域と淡水システムでは、農業、都市、下水の流出が藻類のブルームを引き起こす可能性があります。^[12]

藻類の大量発生、特に大規模な藻類の大量発生は、水の透明度を低下させ、水を変色させる可能性がある。^[2]藻類細胞内のクロロフィルや光保護色素などの光合成色素が藻類の大量発生の色を決定する。生物、その色素、水柱の深さに応じて、藻類の大量発生は緑、赤、茶、金色、紫色になる。^{[2]淡水系の明るい緑色の大量発生は、}ミクロシスティスなどのシアノバクテリア（俗に「藍藻」と呼ばれる）によることが多い。^{[2] [13]大量発生は、}大型藻類（非植物プランクトン性）種によっても発生する可能性がある。これらの大量発生は、海岸線に打ち上げられる大きな藻の葉で認識できる。^[14]

水中に栄養素が存在すると、藻類は通常よりもはるかに速い速度で成長し始めます。ミニブルームでは、この急速な成長が他の生物に食物と栄養素を提供することで、生態系全体に利益をもたらします。^[10]

特に注目すべきは、有毒または有害な植物プランクトンが関与する藻類の大量発生である有害藻類ブルーム（HAB）である。多くの種が有害藻類ブルームを引き起こす可能性がある。例えば、 Gymnodinium nagasakienseは有害な赤潮を引き起こし、渦鞭毛藻類 Gonyaulax polygrammaは酸素の枯渇を引き起こし、大量の魚を死滅させ、シアノバクテリア Microcystis aeruginosaは有毒な毒素を作り、珪藻類 Chaetoceros convolutusは魚のえらを損傷する可能性がある。^[15]

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  アマゾン川などの河川は、陸地から南米の熱帯海水に栄養分を運び込み、海岸沿いに藻類の繁茂を引き起こします。  ^[16]
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  NASAのアクア衛星が捉えたアマゾン川の河口から流れ出る栄養豊富な水の黒い煙の中で、植物が繁茂している。^[16]
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  沿岸植物プランクトンブルームの変化 2003–2020 ^{[17] [18]}

淡水藻類の大量発生は、栄養素、特に一部のリン酸塩の過剰によって起こります。^{[19] [20]過剰な栄養素は、農業やレクリエーションの目的で土地に散布される肥料に由来する可能性があり、}リンを含む家庭用洗剤に由来する可能性もあります。^[21]

シアノバクテリアを含む藻類の大量発生を緩和するには、リンの投入量を減らす必要がある。^{[22]夏に成層化した湖では、秋のターンオーバーによって、十分な光合成光が利用可能になるとすぐに藻類の大量発生を引き起こす可能性のある、生物利用可能なリンが大量に放出される可能性がある。 [23]}過剰な栄養素は、水の流出によって流域に入る可能性がある。 ^[24]過剰な炭素と窒素も原因として疑われている。残留炭酸ナトリウムの存在は、栄養素の存在下で光合成を促進するために溶解した二酸化炭素を供給し、藻類の大量発生の触媒として働く。^[要出典]

リン酸が水系に導入されると、濃度が高くなると藻類や植物の成長が促進されます。藻類は栄養分が豊富な環境では非常に急速に成長する傾向がありますが、藻類はそれぞれ寿命が短いため、結果として死んだ有機物の濃度が高くなり、分解が始まります。水中に存在する天然の分解者が死んだ藻類を分解し始め、その過程で水中の溶存酸素を消費します。その結果、他の水生生物が利用できる溶存酸素が急激に減少する可能性があります。水中の溶存酸素が十分でない場合、動物や植物が大量に死滅する可能性があります。これはデッドゾーンとも呼ばれます。^[要出典]

淡水水槽では、魚に餌を与えすぎて、余分な栄養分が植物に吸収されない場合にブルームが観察されることがあります。これは通常、魚にとって有害で​​あり、水槽の水を交換して餌の量を減らすことで状況を改善できます。^{[引用が必要]}

夏には激しい嵐が海をかき混ぜ、表面近くの日光に照らされた海水に栄養分を加えます。これが毎年春に食糧狂乱を引き起こし、植物プランクトンの大量発生を引き起こします。これらの微細な植物の中にある小さな分子は、光合成によって太陽光から重要なエネルギーを採取します。クロロフィルと呼ばれる天然色素は、植物プランクトンが地球の海で繁栄することを可能にし、科学者が宇宙からブルームを監視できるようにします。衛星は、沿岸および外洋に存在するクロロフィルの量を検出することで、植物プランクトンの位置と量を明らかにします。濃度が高いほど、ブルームが大きくなります。観測によると、ブルームは通常、栄養分が減少し、捕食性の動物プランクトンが食べ始める晩春または初夏まで続きます。すぐ下の左側の視覚化は、NASA SeaWiFS データを使用してブルームの個体数をマップしています。^[16]

2015年から2019年にかけて実施されたNAAMES研究では、海洋生態系における植物プランクトンの動態の側面と、そのような動態が大気エアロゾル、雲、気候にどのように影響するかを調査しました。[ 26 ^]

フランスでは、PHENOMERプロジェクトを通じて、市民に色のついた水を報告するよう要請されている。^[27]これは海洋ブルームの発生を理解するのに役立つ。^[要出典]

山火事は、山火事エアロゾルの海洋沈着を介して植物プランクトンの大量発生を引き起こす可能性がある。^[28]

有害藻類ブルーム（HAB）とは、天然毒素の生成、他の生物への機械的損傷、またはその他の手段により、他の生物に悪影響を及ぼす藻類ブルームのことである。これらのHABは多様性に富んでいるため、管理がさらに困難であり、特に脅威にさらされている沿岸地域では多くの問題を引き起こしている。^{[29] HABは大規模な海洋生物の死亡事故と関連していることが多く、さまざまな種類の}貝中毒と関連している。^[30] HABは経済と健康に悪影響を及ぼすため、注意深く監視されることが多い。^{[31] [32]}

HABは人体に有害であることが証明されています。人は毒素を含む魚介類を直接摂取したり、水中で泳いだり、その他の活動をしたり、空気中の毒素を含む小さな水滴を吸い込んだりすることで、有毒藻類にさらされる可能性があります。^[33] HAB藻類が排出する毒素を含む魚介類を摂取することで人体への曝露が起こる可能性があるため、食中毒が発生し、体内の神経系、消化器系、呼吸器系、肝臓系、皮膚科系、心臓系に影響を及ぼす可能性があります。^[34]ビーチ利用者は上気道疾患、目や鼻の炎症、発熱を経験することが多く、治療のために医療処置が必要になることがよくあります。藻類の大量発生によるシガテラ中毒（CFP）は非常に一般的です。飲料水がシアノトキシンに汚染される可能性があるため、水系感染症も発生します。

HAB イベントによって藻類の濃度が十分に高くなると、水が変色したり濁ったりすることがあります。その色は紫からピンク色に近い色までさまざまですが、通常は赤や緑です。藻類の繁殖がすべて水の変色を引き起こすほど濃密なわけではありません。^[要出典]

渦鞭毛藻類は真核微生物で、藻類の大量発生における生物発光と毒素産生に関係している。^[35]ルシフェリン-ルシフェラーゼ反応を利用して青色発光する。^{[36]渦鞭毛}藻毒素には17種類あり、その中でサキシトキシンとイェソトキシンという株は生物発光と毒性の両方を持つ。これら2つの株は沿岸地域で同様のニッチを持つことがわかっている。夜間に渦鞭毛藻類が過剰になると青緑色に光るが、日中は赤褐色に見え、藻類の大量発生、赤潮と呼ばれる。渦鞭毛藻類は神経毒による魚介類中毒の原因であると報告されている。^[37]

藻類ブルームの管理には、緩和、予防、制御の3つの主要なカテゴリがあります。^[38]緩和では、貝類の毒素の定期的な監視プログラムと、その地域の全体的な監視が実施されます。貝類のHABレベルが決定され、汚染された貝類を食品市場から遠ざけるための制限を管理できます。魚の囲いを藻類ブルームから遠ざけることも、緩和の別の形です。予防の中で、このカテゴリはあまり知られていませんが、下水と廃棄物を制御するための政策変更が実施されています。制御には、機械的、生物学的、化学的、遺伝的、環境的制御があります。機械的制御では、粘土を水中に散布してHABと凝集させ、沈殿プロセスを経るHABが少なくなります。生物学的制御は大きく異なり、フェロモンを使用するか、生殖を減らすために不妊の雄を放つことによって使用できます。化学的制御では、有毒な化学物質を放出します。ただし、他の非標的生物の死亡率の問題を引き起こす可能性があります。遺伝的制御では、種の環境耐性と生殖プロセスを遺伝子操作します。しかし、在来生物に悪影響を与えるという問題があり、環境制御には水の循環とエアレーションが用いられる。

ウィキメディア・コモンズには、藻類の大量発生に関連するメディアがあります。

Wikivoyageには、藻類の大量発生に関する旅行情報があります。

• 有害藻類の大量発生に関するよくある質問 (NOAA)