クジラの糞

クジラの糞が果たす重要な役割の一つは、栄養循環、特に海洋における窒素循環です。クジラは、特定の海域において、すべての河川を合わせたよりも多くの窒素を糞を通して運び、一次生産性と二次生産性の両方を高めています。さらに、オキアミを食べるクジラの鉄分を豊富に含む糞は、植物プランクトンの増殖を促進し、海洋食物連鎖に恩恵をもたらし、二酸化炭素を長期間固定します。栄養分は豊富だが鉄分が不足している南極海では、クジラの糞によって植物プランクトンの大量発生が起こり、重要な炭素吸収源として機能しています。

クジラが水面近くで排泄する現象は、海洋の生物ポンプにおける栄養素の典型的な流れを逆転させ、「クジラポンプ」と呼ばれる現象を生み出します。クジラはオキアミが生息する深層で餌を食べ、鉄分を豊富に含む糞便が水面に上昇します。この作用により植物プランクトンの生産性が向上し、魚類の個体群が維持されます。クジラはオキアミとともに正のフィードバックループを形成し、クジラの個体群が鉄の循環に貢献することで、さらに植物プランクトンの成長を促進します。

メイン湾で行われた研究では、商業的な駆除が始まる以前の、鯨類やアザラシなどの海洋哺乳類による海中の窒素循環の現代のレベルから外挿し、大気から固定された窒素の供給量の3倍の以前のレベルを推定した。今日でも、海洋哺乳類の個体数の減少と大気からの窒素吸収と窒素汚染の増加にもかかわらず、海洋哺乳類の局所的な集積は、彼らが頻繁に訪れる地域の生産性を維持する上で重要な役割を果たしている。^{[ 1 ]}豊かさは一次生産性だけでなく、魚類の個体数の豊富さという形での二次生産性にも及ぶ。^{[ 2 ]}

この研究では、クジラは呼吸のために頻繁に訪れる水柱の上層部で排泄する傾向があり、さらに糞は浮く傾向があると想定している。クジラはオキアミが生息する海のより深い層で餌を食べる。^{[ 1 ]}このように、クジラの排泄作用は、表面から海底への「マリンスノー」やその他のデトリタスの下降流による海洋の「生物ポンプ」の通常の栄養の流れを逆転させる。この現象は「クジラポンプ」と呼ばれている。^{[ 2 ]}

メイン湾の調査では、一部の国が主張する、クジラやその他の海洋哺乳類を漁業の競合相手とみなす見方は誤りであることが判明した。クジラは植物プランクトンの生産性、ひいては魚類の生産性を維持する上で重要な役割を果たしている。海洋哺乳類の個体数を減らすことは、栄養供給と漁場の生産性を脅かす。^{[ 2 ]}

さらに、オキアミを食べるクジラの糞には鉄分が豊富に含まれています。^{[ 5 ]}クジラの糞から鉄分が放出されると、海中の植物プランクトンの成長が促進され、^{[ 5 ]}海洋食物連鎖に利益をもたらすだけでなく、長期間にわたって炭素を隔離します。^{[ 5 ]}生涯を通じて消費されなかった植物プランクトンは、死ぬと有光層を通過して深海に沈みます。植物プランクトンは毎年推定20億トンの二酸化炭素を海中に隔離し、海は隔離された炭素全体の推定90%を保持する二酸化炭素のシンクとなっています。^{[ 8 ]}南極海は植物プランクトンの生息域が最も広い海域の一つであり、リン酸塩、硝酸塩、ケイ酸塩の点で栄養分が豊富でありながら、同時に鉄分が不足しているという特徴があります。^{[ 9 ]}栄養鉄の増加は植物プランクトンのブルームを引き起こします。クジラの糞は周囲の海水よりも最大 1000 万倍も鉄分が豊富で、地球上の植物プランクトンのバイオマスを維持するために必要な鉄分を供給する上で重要な役割を果たしています。^{[ 9 ]}南極海に生息する 12,000 頭ものマッコウクジラの糞だけでも、年間 200,000 トンの大気中の炭素が隔離されます。^{[ 9 ]}

南極海の調査によると、クジラは植物プランクトンに不可欠な鉄濃度をリサイクルするだけでなく、オキアミとともに海洋に隔離された鉄の主要な供給源を形成し、南極海の表層水に含まれる鉄の最大24%を占めていることがわかった。クジラは正のフィードバックループの一部を形成しており、南極海でクジラの個体数が回復すれば、より多くの鉄がシステムを通じてリサイクルされるため、植物プランクトンの生産性が向上するだろう。^{[ 10 ]}

そのため、クジラは「海洋生態系のエンジニア」と呼ばれている。^{[ 11 ]}

南西大西洋のフェルナンド・デ・ノローニャ諸島で行われた調査により、ハシナガイルカ（Stenella longirostris ）の糞と嘔吐物が、7つの異なる科に属する12種のサンゴ礁魚の食餌の一部となっていることが明らかになった。最も多く食べていたのはクロモンガラまたはクロマグロ（Melichthys niger）で、イルカが排泄前にとる姿勢を識別し、効果的な摂食のために体勢を整えることができた。これらの内臓を食べる魚種はすべてプランクトン食であることが記録されており、このタイプの摂食は、通常の食餌、すなわち漂流プランクトンからの変化を表している可能性があると考えられている。^{[ 12 ]}

クジラは他の大型動物とともに、地球規模の生態系サイクルにおける栄養素の輸送において重要な役割を果たしている。クジラや他の大型動物の個体数減少は、深海から大陸棚へ栄養素を輸送するポンプ機構の効率に深刻な影響を与えている。^{[ 13 ]}

2016年の研究では、夏季をセイリッシュ海で過ごす野生のシャチの糞便分析を用いて、捕食対象種の定量的推定を行った。この分析結果は、表面の捕食対象残骸に基づく以前の推定値と一致していた。この研究では、特定された遺伝子配列の98.6%以上がサケ科魚類であり、キングサーモンとギンザケが最も重要な捕食対象種であることが判明した。^{[ 14 ]}

2012年に発表された、北米西海岸の南部定住型シャチの野生個体群に対する乱獲と海上交通の影響に関する研究は、シャチの糞便標本の化学分析に基づいていた。この研究は、シャチの減少の理由を解明することを目的としており、3つの原因が仮説として立てられた。すなわち、ボートや船舶による妨害、食料不足、そしてクジラの脂肪に蓄積する毒素、すなわちDDT、PBDT、PCBへの長期曝露である。^{[ 15 ]}

シャチの糞便サンプルは、コンサベーション・カニンズ社の訓練を受けた探知犬、黒いラブラドール・レトリバーの「タッカー」の助けを借りて検出されました。この犬は、シャチの群れの後ろ200～400メートル（660～1,310フィート）をボートで追跡しながら、シャチの新鮮な糞便を検出することができました。採取された糞便サンプルは、 DNAの存在と量、ストレス、栄養、生殖ホルモン、 PBDE、PCB、DDT同族体などの毒素について検査されました。^{[ 16 ]} 

糞便サンプルは時間経過とともに分析され、時間経過に伴うボート密度と、その地域のシャチの食餌の主成分であるフレーザー川のキングサーモンの量との相関関係が調べられた。ボート密度とサーモンの生息量は時間経過とともに独立して推定された。^{[ 16 ]}シャチのグルココルチコイドは、動物が心理的緊張や飢餓に直面すると上昇する。この研究では、獲物は8月に最大となり、その時期にボートが最も多く見られることがわかった。逆に、サーモンの生息数は晩秋に最小となり、その時期には海洋ボート交通量も最も少なかった。グルココルチコイドレベルは、獲物が不足する秋に最も高く、食料の生息数がピークとなる8月に最大となった。^{[ 16 ]}

同様に、甲状腺ホルモンは栄養ストレスと相関しており、動物が代謝率を下げて減少する栄養をよりよく保存できるようにしています。南部定住型シャチは、春先に他の川で産卵したサケを捕食した後、甲状腺ホルモンレベルが最も高くなる春に調査地域に到着します。ホルモンレベルは、動物が調査地域に到着すると低下し、魚が豊富な時期には横ばいになり、栄養不足の時期にはさらに低下します。^{[ 16 ]}研究発表時点では、毒素分析は進行中でした。これまでのところ、クジラの糞便中の3種類の毒素の同族体の存在は、生検中にシャチの肉のサンプルで測定されたこれらの化学物質のレベルに比例することがわかりました。結果は、利用可能な餌の量と質を回復することが、調査地域のシャチの個体群を回復するための重要な最初の措置であることを示しています。^{[ 16 ]}

2種のイルカと1種のクジラの糞便の分析により、ヘリコバクター属の新種、すなわちヘリコバクター・セトルムが発見され、この細菌はクジラ類の臨床症状や胃炎に関連している。 ^{[ 17 ]}