希少な窒素同位体の特徴から、生態系による窒素汚染の浄化を解明(A rare atomic fingerprint reveals how ecosystems clean nitrogen pollution)

2026-10-08 カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)

米国カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)の研究チームは、生態系が窒素汚染を除去する仕組みを、窒素原子の同位体組成に現れる特徴的な「原子の指紋」から解明した。農業用肥料や排水などに由来する過剰な窒素は、水域の富栄養化や生態系のバランスの崩壊を引き起こす。一方、湿地や沿岸域の微生物は、窒素化合物を窒素ガスなどへ変換することで、環境中の余剰窒素を除去する働きを担う。研究では、窒素同位体のわずかな存在比の違いを利用し、環境中で進行する窒素変換過程を識別する手法に着目した。この分析により、窒素汚染がどのような経路で処理され、自然の浄化機能がどの程度働いているかを、より詳細に評価できる可能性が示された。こうした知見は、窒素の循環と微生物活動の関係を理解するだけでなく、汚染源の特定、水質改善策の評価、湿地や沿岸生態系の保全にも役立つ。自然環境の窒素除去能力を定量的に把握することは、流域管理や水質汚染対策の高度化につながると期待される。

希少な窒素同位体の特徴から、生態系による窒素汚染の浄化を解明(A rare atomic fingerprint reveals how ecosystems clean nitrogen pollution)
Photo Credit:Woods Hole Oceanographic Institution/ Submersible Alvin
Analysis revealed that the microbial mats at methane seeps — like this one off the coast of Southern California — can be hotspots for converting nitrogen compounds into nitrogen gas.

<関連情報>

自然界の15N15N存在量は固定窒素の損失を制限する Natural 15N15N abundances constrain fixed nitrogen loss

Jiarui Liu, David L. Valentine, Annie Bourbonnais, Dale T. Andersen, […] , and Edward D. Young
Science  Published:8 Oct 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/science.aei0940

Abstract

Nitrogen regulates primary productivity across much of the biosphere, yet fixed nitrogen loss remains poorly constrained because existing methods rely on indirect proxies or ex situ experiments. In this study, we show that natural abundances of the rare 15N15N isotopologue of dinitrogen (N2) provide a direct tracer of biological N2 production across diverse aquatic environments. N2 produced by denitrification and anammox has a near-stochastic 15N15N distribution [0 per mil (‰)], whereas atmospheric N2 carries a distinct 15N15N excess (19‰), allowing the two sources to be quantitatively distinguished. Across aquifers, stratified lakes, coastal basins, oxygen minimum zones, and marine sediments, 15N15N measurements reveal widespread nitrogen loss previously obscured by physical gas accumulation and nitrogen fixation. Natural 15N15N abundances therefore provide a general framework for directly constraining fixed nitrogen loss across the aquatic nitrogen cycle.

1102水質管理
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