海綿が駆動する生物学的ホットスポットにおける現場での酸素・炭素・栄養塩循環の解明

深く暗い北極で繁栄する生命

波のはるか下、ほぼ氷点近い冷たい水で太陽光がまったく届かない場所に、驚くほど活発なコミュニティが見つかりました：北極の海底山に広がる広大な深海海綿群落です。本研究は、これら一見単純な動物がどのようにして酸素を取り込み、目に見えない餌を消費し、他の海洋生物が依存する主要な栄養素を再循環させることで、隠れた生態系全体を維持しているかを探ります。

海底の海綿の街

研究の対象は、北極中央海嶺に沿うそびえたつ海山、シュルツ・バンクで、その頂部は海面から約580メートル下にあります。頂上は密な「海綿地帯」に覆われ、さまざまな種類の海綿がガラス状の骨針でつくられたリーフのような構造を形成しています。これらの海綿群落は三次元的な生息環境を作り出し、魚類やサンゴ、多くの小型無脊椎動物を shelter します。強い海流が海山の周囲を渦巻き、季節的なプランクトンブルーム由来の粒子や有機物を捕え頂上へ運ぶため、厳しく餌が乏しい周囲の環境に対しても深海の生物学的ホットスポットとなっています。

海底での呼吸と排泄の測定

このコミュニティの機能を理解するため、研究チームは遠隔操作の無人機（ROV）を用いて透明なアクリル製チャンバーを海綿地帯の区画に設置しました。各チャンバーは小さな海底区画とそこに生息する動物群を囲い込み、数時間にわたって機器が酸素の変化を記録し、微生物やさまざまな形態の窒素やリンなど溶解性栄養塩を追跡するための水サンプルを採取しました。豊富な海綿バイオマスを含むチャンバーと、海綿が少ないまたは散在するチャンバーを比較することで、海綿自体が周囲の水の化学にどれほど影響を与えているかを推定できました。

炭素利用の深海ホットスポット

海綿地帯は呼吸において高い活性を示しました。コミュニティの酸素消費率は著名な深海サンゴ礁で測定された値に匹敵し、周囲の軟泥よりもはるかに高かったのです。簡潔に言えば、海綿とその近隣の生物は、表層からのゆっくりとした餌の降下だけでは説明できない速さで有機炭素を消費しています。この不一致は、海綿が溶存有機炭素や微小プランクトンといった、目に見えにくい追加的な食物源を利用していることを示唆します。海綿は水を連続的に濾過し、上層水と海底を強く結びつけ、通常は利用できない炭素を迅速に変換して広い底生生態系を支える形にしています。

廃棄物を深海の肥料に変える

同時に、海綿は酸素と炭素を消費する一方で、アンモニウム、硝酸塩、亜硝酸塩、リン酸塩といった無機栄養塩を安定して水中へ放出していました。これらの栄養塩は肥料のように働き、海山を超えて微生物や藻類を養う可能性があります。より多くの海綿バイオマスを含むチャンバーほど栄養塩の放出が大きい傾向があり、海綿の中心的な役割を裏付けます。さらに、海綿の種類によって挙動が異なることも示されました。内部の微生物が少ない海綿は特に多量のアンモニウムとリン酸塩を放出する傾向があり、微生物が豊富な海綿は栄養塩を内部でより多く再循環させ、窒素対リンの比をより均衡に保つように見えました。これは、海山に存在する海綿種の混合が、再生される栄養の総量だけでなくその化学的形態までも左右し得ることを示唆します。

この隠れたリサイクル工場が重要な理由

総じて、結果はシュルツ・バンクを深海のリサイクル工場として描き出します：海綿は希薄で利用しづらい炭素や酸素を水から取り込み、それを処理して栄養豊富な副生成物を放出し、暗い海洋で他の生命を支えます。測定は技術的に困難で実験数は限られますが、本研究は海綿地帯が単なる受動的な生息地ではなく、炭素と栄養塩の循環を駆動する能動的なエンジンであることを確認しています。世界中で類似の海綿場が次々と発見されていることを踏まえると、それらの総合的な影響は深海における栄養とエネルギーの移動に大きな影響を与え得ます。したがって、底引き網漁、深海採掘、循環の気候変動による変化などの脅威からこうした成長の遅い群落を保護することは、より広い海洋生態系の健全性と生産性を維持するために極めて重要です。

引用: Hanz, U., Mueller, B., Bart, M.C. et al. Unveiling in situ oxygen, carbon and nutrient cycling of a sponge-driven biological hotspot in the arctic. Sci Rep 16, 7743 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41798-4

キーワード: 深海海綿, 栄養塩循環, 北極の海山, 炭素フラックス, 底生ホットスポット