生態系の呼吸

生態系呼吸とは、特定の生態系に生息する生物によって行われるすべての呼吸の総和である。^[¹^]生態系呼吸に寄与する主なプロセスは、光合成と細胞呼吸の2つである。光合成は、太陽光の存在下で二酸化炭素と水を用いてグルコースと酸素を生成するのに対し、細胞呼吸はグルコースと酸素を用いて二酸化炭素、水、エネルギーを生成する。これら2つのプロセスの入力と出力の調整により、完全に相互接続されたシステムが形成され、生態系全体の呼吸の基本的な機能が構成される。

これは、特定の生態系内の生物が呼吸という過程を利用して有機炭素を二酸化炭素に変換する働きである。呼吸の量は生態系の種類や生物群集の個体数によって異なるが、このメカニズムは水生環境と陸生環境の両方で起こる。

概要

細胞呼吸は、独立栄養生物と従属栄養生物の全体的な関係です。独立栄養生物は光合成によって自ら食物を生産する生物であり、従属栄養生物は自ら食物を生産できず、栄養を独立栄養生物に依存している生物です。これら2つの生物群は、光合成と呼吸の間で協調して働き、互いに利用される生成物を生産します。細胞呼吸は、細胞がグルコースと酸素を取り込み、二酸化炭素、エネルギー、水を生成する際に起こります。この過程は、細胞にとって有益であるだけでなく、光合成の過程において重要な二酸化炭素の排出という点でも重要です。呼吸がなければ、代謝過程や光合成など、生命に必要な活動は停止します。生態系呼吸は、通常、実験室ではなく、森林や草原などの自然環境で測定されます。生態系呼吸は、生態系の炭素フラックスにおける二酸化炭素の生成部分であり、光合成は通常、生態系の炭素消費の大部分を占めます。^[³^]さまざまな要因が異なる状況で炭素を吸収または放出し続けるため、炭素は生態系全体で循環します。生態系は光合成、分解、海洋吸収によって炭素を取り込みます。^[⁴^]生態系はこの炭素を動物の呼吸と植物の呼吸によって放出します。^[⁴^]このシステムを通る炭素の絶え間ない循環は、移動する唯一の要素ではありません。動物と植物の呼吸では、これらの生物はグルコースと酸素を取り込み、エネルギー、二酸化炭素、水を老廃物として放出します。これらの絶え間ない循環により、システムへの酸素の流入とシステムからの炭素の流出がもたらされます。

重要性

自然生態系では、炭素の利用は光合成による炭素の取り込みが最も多く、次に多いのは細胞呼吸による炭素の放出です。^{[ 5 ]}これらの2つの流れのわずかな変化でも、大気中の二酸化炭素に大きな影響を与える可能性があります。^{[ 6 ]}これらの2つのプロセスは、大気中の二酸化炭素濃度に大きな影響を与えるため、生命を維持するためには、これらのプロセスが正しく機能することが不可欠です。二酸化炭素がなければ、植物は光合成を行うことができず、酸素も生成されないため、地球上のあらゆる生命に影響を及ぼします。地球のシステム全体に生態系呼吸が存在しなければ、「生命」という基本的な概念が失われると言っても過言ではありません。地球形成初期のこれらのプロセス以前は、大気と海洋は無酸素状態でした。^{[ 7 ]}無酸素環境とは、酸素が存在しない環境であり、主に嫌気性微生物で構成されています。大気中の酸素発生型光合成の進化は、生物圏の生産性を増幅させ、生物多様性を増加させました。^{[ 7 ]}光合成によって大気中に酸素が供給されるようになったことで、呼吸はすぐに進化し、光合成が機能するために必要な成分を提供するようになりました。光合成と呼吸プロセスのこの共進化により、今日私たちが知っている生物多様性に富んだ豊かな生態系が生まれました。

参考文献

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外部参照

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http://eco.confex.com/eco/2008/techprogram/P10688.HTM
生物地球化学。ハインリッヒ・D・ホランド、ウィリアム・H・シュレジンガー、カール・K・トゥレキアン。702ページ。エルゼビア、2005年。ISBN 0-08-044642-6
Yvon-Durocher, Gabriel; Caffrey, Jane M.; Cescatti, Alessandro; Dossena, Matteo; Giorgio, Paul del; Gasol, Josep M.; Montoya, José M.; Pumpanen, Jukka; Staehr, Peter A. (2012-06-20). 「時間スケールと生態系タイプを横断した呼吸の温度依存性の調和」Nature . 487 (7408): 472–476. doi :10.1038/nature11205. ISSN 0028-0836

[1] Yvon-Durocher, Gabriel; Caffrey, Jane M.; Cescatti, Alessandro; Dossena, Matteo; Giorgio, Paul del; Gasol, Josep M.; Montoya, José M.; Pumpanen, Jukka; Staehr, Peter A. (2012-06-20). "Reconciling the temperature dependence of respiration across timescales and ecosystem types". Nature . 487 (7408): 472– 476. Bibcode : 2012Natur.487..472Y . doi : 10.1038/nature11205 . ISSN 0028-0836 . PMID 22722862 . S2CID 4422427 .

[2] Robinson, C. (2019) "微生物呼吸、海洋脱酸素化の原動力". Frontiers in Marine Science , 5 : 533. doi : 10.3389/fmars.2018.00533 .

[3] Lovett, Gary M.; Cole, Jonathan J.; Pace, Michael L. (2006-02-01). "生態系の純生産量は生態系の炭素蓄積量と等しいか？". Ecosystems . 9 (1): 152– 155. doi : 10.1007/s10021-005-0036-3 . ISSN 1435-0629 . S2CID 5890190 .

[:0-4] 1 2 「炭素循環 | 米国海洋大気庁」 www.noaa.gov 2020年11月23日取得。

[5] Gao, Xiang; Mei, Xurong; Gu, Fengxue; Hao, Weiping; Li, Haoru; Gong, Daozhi (2017-12-14). "中国黄土高原の雨水灌漑春トウモロコシ畑における生態系呼吸とその構成要素" . Scientific Reports . 7 (1): 17614. Bibcode : 2017NatSR...717614G . doi : 10.1038/s41598-017-17866-1 . ISSN 2045-2322 . PMC 5730584 . PMID 29242569 .

[6] Suleau, Marie; Moureaux, Christine; Dufranne, Delphine; Buysse, Pauline; Bodson, Bernard; Destain, Jean-Pierre; Heinesch, Bernard; Debacq, Alain; Aubinet, Marc (2011-05-15). "ベルギーの3つの作物の呼吸: 生態系全体の呼吸を従属栄養成分、地上部および地下部の独立栄養成分に分割" . Agricultural and Forest Meteorology . 151 (5): 633– 643. Bibcode : 2011AgFM..151..633S . doi : 10.1016/j.agrformet.2011.01.012 . ISSN 0168-1923 .

[:1-7] 1 2 Bendall, Derek S; Howe, Christopher J; Nisbet, Euan G; Nisbet, R. Ellen R (2008-08-27). "Introduction. Photosynthetic and atmospheric evolution" . Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 363 (1504): 2625–2628 . doi : 10.1098/rstb.2008.0058 . ISSN 0962-8436 . PMC 2459219 . PMID 18468981 .

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