植物プランクトンが長期海洋炭素貯蔵に果たす役割を解明(New Study Reveals Phytoplankton’s Contribution to Centuries-Long Ocean Carbon Storage)

2025-08-22 中国科学院(CAS)

中国科学院華南植物園の王法明教授らは、植物プランクトンが数百年間も海洋に炭素を固定できる仕組みを解明した。従来、プランクトン由来の炭素は短命とされてきたが、研究チームは超高分解能質量分析を用い、6大群の排出炭素のうち10%以上が「難分解性溶存有機炭素(RDOC)」として直接放出されることを発見した。DOC(溶存有機炭素)は微生物が利用する可給源DOC(BDOC)と、一部が変換されるRDOCに分けられるが、本研究はプランクトン自体がRDOCを分泌する経路を示した。これにより、プランクトンの分子組成が海洋DOCプールの規模と安定性を左右することが明らかになった。また、種の多様性や短いライフサイクルによる炭素利用の変動が、従来は解明を難しくしていた。そこで研究チームは質量分析、衛星リモートセンシング、機械学習を統合し、全球規模の海洋DOCデータセットを構築。解析により、成長期のブルームは衰退期より多くのRDOCを生成することが分かった。この成果は、気候変動によるブルーム期間や群集組成の変化が将来の海洋炭素貯蔵に与える影響予測を可能にする。

植物プランクトンが長期海洋炭素貯蔵に果たす役割を解明(New Study Reveals Phytoplankton’s Contribution to Centuries-Long Ocean Carbon Storage)
Schematic diagram of the technical route for this study.(Imaged by LU Zhe et al)

<関連情報>

植物プランクトンが全球の海洋溶存有機炭素プール構造化に果たす役割 The role of phytoplankton in structuring global oceanic dissolved organic carbon pools

Zhe Lu,Guoming Qin,Lingling Zheng,Yanyan Zhang,Lincheng Huang,Jinge Zhou,Yongxin Liu,Mianhai Zheng,Enqing Hou,Lirong Song,Hongbin Liu,Nianzhi Jiao & Faming Wang
Nature Communications  Published:20 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-63105-x

Abstract

Phytoplankton-derived dissolved organic carbon (DOC) is a major pathway for atmospheric CO2 transfer to long-lived oceanic DOC reservoirs. Yet, current models rarely accounted for its molecular and taxonomic heterogeneity across growth seasons. Here, using ultra-high-resolution mass spectrometry (FT-ICR MS), we characterized DOC molecular signatures across diverse algal taxa. Recalcitrant DOC accounted for over 10% of their total organic carbon in all algal groups, highlighting a widespread and previously underappreciated trait. Additionally, we integrated these signatures with satellite-derived, taxon-resolved chlorophyll-a concentrations to develop machine learning models for predicting overall surficial DOC concentrations. Including taxon-specific carbon allocation markedly improved model performance (R2 = 0.92 and 0.80 for the growth and decline phases, respectively), substantially outperforming models without such data (R2 = 0.69 and 0.46). Furthermore, leveraging these optimized models, we generated a global marine DOC dataset and found that diatoms explained up to 63.8% of the variance in surface DOC. We further showed that algal recalcitrant DOC production was significantly higher during growth than decline seasons globally. These findings offer insights into how bloom duration and climate-driven shifts in phytoplankton composition reshape oceanic DOC dynamics.

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