外来微生物の流入が変える北極海の物質循環

2026-05-15 東京大学,海洋研究開発機構,国立極地研究所

東京大学、海洋研究開発機構、国立極地研究所の研究グループは、北極海への外来微生物流入が物質循環を変化させていることを初めて実証した。研究成果は『Global Change Biology』に掲載された。2015~2020年の「みらい」観測により、海氷融解後にベーリング海由来の窒素固定生物UCYN-A2が太平洋側北極海へ流入し、海盆域まで到達していることを確認した。特に海氷融解が早かった2017年にはUCYN-A2が広範囲で高密度に分布し、窒素固定速度が深層由来硝酸塩供給を上回る海域も観測された。これにより窒素循環だけでなくリン循環にも影響を与えていることが判明した。数値シミュレーションでは、海氷融解時期の早期化がUCYN-A2輸送を促進することも示された。温暖化による海氷減少と貧栄養化が進む北極海では、外来窒素固定生物が今後さらに物質循環へ大きな影響を及ぼす可能性が示された。

外来微生物の流入が変える北極海の物質循環
窒素固定生物がベーリング海から運ばれ、海氷融解が早い年は北極海海盆域(黒線以北)に到達し、その窒素固定によって物質循環に影響を及ぼす

<関連情報>

太平洋北極圏の生物地球化学サイクルにおける窒素固定の役割強化 Enhancing Role of Nitrogen Fixation in Biogeochemical Cycles of the Pacific Arctic

Takuhei Shiozaki, Amane Fujiwara, Eiji Watanabe, Shigeto Nishino, Naomi Harada, Akiko Makabe
Global Change Biology  Published: 15 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1111/gcb.70910

ABSTRACT

The Arctic Ocean is warming rapidly, prompting increased attention to the ecosystem’s response to sea-ice loss and the influx of organisms from lower latitudes. Recent studies have shown that these exogenous organisms are affecting the biodiversity of Arctic ecosystems, but their impact on biogeochemical cycles remains unclear. This study provides evidence that diazotrophs transported from outside the Arctic can significantly contribute to the Arctic new production. From 2015 to 2020, we conducted broad observations in the Chukchi and Beaufort Seas during late summer and autumn, measuring nitrogen fixation rates, diazotroph community composition, and key processes related to new production (nitrate assimilation and nitrification). In 2017, we observed a marked increase in nitrogen fixation, especially in the off-shelf region undergoing oligotrophication, where it constituted a significant fraction of the new production (interquartile range 10.8%–62.5%, median: 21.5%). UCYN-A2 (Candidatus Atelocyanobacterium thalassa) emerged as the dominant diazotroph across all regions in that year, with a significant positive correlation between its abundance and nitrogen fixation rates, suggesting its key role in the elevated nitrogen fixation. Water mass analyses, sea ice observation, and numerical simulations indicated that UCYN-A2 likely originated in the Bering Sea and was transported to the Arctic off-shelf region, and proliferated there with increasing temperature as a result of unusually early sea ice melt in 2017. These findings indicate that as warming and earlier sea ice retreat continue, the influence of exogenous diazotrophs on Arctic biogeochemical cycles can become increasingly pronounced.

1702地球物理及び地球化学
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