研究により、動物プランクトンがマイクロプラスチックを深海に運ぶ様子が記録された

コペポーダ類の腸管の中心管に見られるマイクロプラスチックビーズ。ここで示されているように、蛍光標識されたビーズは視覚化と識別に役立ちます。© PML

新たな研究では、初めて、主要な動物プランクトン種の消化管をマイクロプラスチックがどのくらいの速さで移動するかをリアルタイムで記録・測定し、その測定値を使用して、これらの小さな動物が毎日海を通じてどのくらいのプラスチックを運び、沈めているかを推定した。

動物プランクトンは、すでに海洋生態系におけるマイクロプラスチックの主要な生物学的経路として浮上しています。海洋には125兆個以上のマイクロプラスチック粒子が蓄積していると推定されており、これらの汚染物質が海洋生態系や食物網を通じてどのように移動しているかを理解することは、海洋の健全性への長期的な影響を予測する上で不可欠です。

カイアシ類は、海洋で最も数が多い動物プランクトンであると広く考えられており、表層水から深海まで、ほぼすべての海洋域で動物プランクトン群集を支配しています。その驚異的な数は、マイクロプラスチックの摂取といった個々の動物の小さな行動でさえ、集合的に生態系レベルの大きな変化を引き起こす可能性があることを意味します。

ヴァレンティーナ・ファジャーノ博士（バレアレス諸島海洋学センター、COB-IEO-CSIC）とPMLのマシュー・コール博士、レイチェル・コップック博士、ペネロペ・リンデケ教授が執筆した新しい研究によると、カイアシ類が毎日、海水1立方メートルあたり数百個のマイクロプラスチック粒子を水柱を通して運んでいる可能性があることが明らかになりました。

『Journal of Hazardous Materials』に掲載された論文「リアルタイム可視化によりカイアシ類を介したマイクロプラスチックの流入が明らかに」は、海洋における動物プランクトンによるマイクロプラスチックの循環について、これまでで最も明瞭な定量的画像の一つを提供している。

動物プランクトン、特にカイアシ類は海洋食物網の中心的存在です。動物プランクトンが微細藻類を食べ、それを魚類、海鳥、海洋哺乳類が食べます。また、動物プランクトンが「生物ポンプ」を駆動し、炭素を糞便として深海に沈めます。

近年、カイアシ類はマイクロプラスチックの媒介者としても認識されています。海水中に浮遊する微小なプラスチック粒子を摂取し、捕食者に渡したり、ペレットや死骸を通じて深海に排出したりする可能性があるからです。しかしこれまで、個々のカイアシ類がどれだけの量のプラスチックをどれだけの速度で処理しているかを正確に測定する方法はありませんでした。

研究を通じて、研究者らはカイアシ類のCalanus helgolandicusを採取した。  プリマスの南約6海里にあるウェスタン・チャネル・オブザバトリーのL4ステーションで、PMLの研究船クエスト号に乗って、目の細かいプランクトンネットで、一般的な北大西洋のカイアシ類であるカワラヒワを捕獲しました。

研究室では、コペポーダ類は3種類の一般的なマイクロプラスチックにさらされました。

• 蛍光ポリスチレンビーズ
• ポリアミド（ナイロン）繊維
• ポリアミド（ナイロン）断片

これらを異なる食事条件下で提供することで、科学者はプラスチックの形状や食事の入手可能性によって粒子が腸内を移動する速度が変化するかどうかをテストすることができました。

研究者たちはリアルタイム可視化技術を用いて、個々のマイクロプラスチック粒子が摂取され、その後排出される様子を追跡しました。これにより、以下の2つの重要な指標を高精度で測定することができました。

• 腸管通過時間 – マイクロプラスチック粒子がコペポーダ体内に留まる時間
• 摂取間隔 – 新しいプラスチック粒子が摂取される頻度

すべての実験において、腸管通過時間は中央値で約40分に収まり、プラスチックの形状や餌の濃度に関わらず一貫していました。言い換えれば、ビーズ、繊維、破片はすべて同様の速度で腸管内を移動し、餌の条件によってプラスチックの通過速度が著しく遅くなったり速くなったりすることはなかったということです。

研究チームは、これらの測定値と、世界で最も綿密に研究されている水域の1つであるイギリス海峡西部のカイアシ類の生息数の現実的な推定値とを組み合わせ、その地域でカイアシ類が1日あたり海水1立方メートルあたり約271粒子というオーダーのマイクロプラスチックの流れを引き起こしている可能性があると計算した。

これまで、マイクロプラスチック輸送に関する多くの大規模コンピュータモデルは、動物プランクトンの摂食と排泄に関する種特異的なプロセスベースのパラメータを欠いていました。本研究で開発された定量的な枠組みは、消化管通過時間、摂食間隔、そして現実的な個体数に基づいており、以下のことを可能にします。

• 動物プランクトンの行動を海洋プラスチック輸送モデルに統合する
• マイクロプラスチックが時間の経過とともに蓄積する場所に関する不確実性を軽減する
• 生態学的または経済的に重要な地域のリスク評価を改善する

最終的に、それは科学者や政策立案者がマイクロプラスチックへの曝露のホットスポットと潜在的な介入ポイントを特定するのに役立ちます。