水生科学
淡水および海洋生態系の学際的研究

水生科学は、海洋や淡水環境など、地球を構成するさまざまな水域を研究する学問です。 [1]水生科学者は、水の動き、水の化学、水生生物、水生生態系、水生生態系への物質の移動、人間による水の利用などを研究します。水生科学者は、現在のプロセスと過去のプロセスを調査し、研究対象の水域は、ミリメートル単位の小さな領域から海洋全体にまで及びます。さらに、水生科学者は学際的なグループで働いています。たとえば、物理海洋学者は生物海洋学者と協力して、熱帯低気圧や離岸流などの物理的プロセスが大西洋の生物にどのように影響するかを理解する場合があります。一方、化学者と生物学者は協力して、特定の水域の化学組成がそこに生息する植物や動物にどのように影響するかを調べる場合があります。水生科学者は、地球規模の海洋変動などの地球規模の問題や、特定の地域の飲料水供給がなぜ汚染されているのかを解明するといった地域的な問題に取り組むことができます。 [1]

水生科学には、海洋学と陸水学という2つの主要な研究分野があります。

海洋学

海洋学とは、海洋環境の物理的、化学的、生物学的特性を研究する学問です。海洋学者は、地球の海洋の歴史、現状、そして未来を研究します。[2]また、海洋生物と生態系、海洋循環、プレートテクトニクス、海底地質、そして海洋の 化学的・物理的特性についても研究します。

海洋学は学際的な分野です。例えば、生物海洋学者と海洋生物学者がいます。これらの科学者は海洋生物を専門としています。彼らは、これらの生物がどのように発達し、互いの関係性を築き、どのように相互作用して環境に適応するかを研究します。生物海洋学者と海洋生物学者は、研究のために、フィールド観察、コンピューター モデル、室内実験、またはフィールド実験を利用することがよくあります。海洋学の分野には、化学海洋学者と海洋化学者もいます。これらの科学者の焦点は海水の組成です。彼らは、海水のプロセスと循環、および海水が大気や海底と化学的にどのように相互作用するかを研究します。化学海洋学者と海洋化学者の仕事の例としては、海水の成分の分析、汚染物質が海水に与える影響の調査、化学プロセスが海洋生物に与える影響の分析などがあります。さらに、化学海洋学者は、化学を利用して、海流が海水をどのように移動させるか、そして海洋が気候にどのように影響を与えるかをより深く理解することもあります。また、薬効のある製品など、有益となる可能性のある海洋資源を探すこともあるでしょう。

海洋学の分野には、海底とその山脈、峡谷、谷の形成過程を研究する地質海洋学者と海洋地質学者もいます。地質海洋学者と海洋地質学者は、サンプル採取によって海底拡大の歴史、プレートテクトニクス、熱塩循環、気候を調べます。さらに、海底火山、マントル（地質）および熱水循環も研究します。彼らの研究は、海盆の形成につながった出来事や、海が海底とどのように相互作用しているかをより深く理解するのに役立ちます。最後に、海洋学の分野には物理海洋学者がいます。物理海洋学者は、海で自然に発生する物理的条件とプロセスの専門家です。これらには、波、海流、渦、環流、潮汐、海岸浸食が含まれます。物理海洋学者は、水中を通じた光と音の伝達や、海が天候と気候に与える影響などのテーマも研究します。これらの分野はすべて相互に関連しています。海洋学者が自分の分野で成功するためには、生物学、化学、物理学といった他の関連科学についても十分な理解が必要です。[3]

湖沼学

ナイル川

陸水学は、河川、小川、湖、貯水池、地下水、湿地などの淡水環境を研究する学問です。陸水学者は、農薬、水温、流出、水生生物など、私たちの自然水域に影響を与える様々な自然的および人為的要因の解明に取り組んでいます。例えば、陸水学者は、農薬が湖の水温に及ぼす影響を研究したり、ナイル川に生息する特定の魚種の減少の原因を解明しようとしたりします。

研究対象への理解を深めるため、湖沼学者は主に 3 つの研究手法を採用しています。最初の研究手法は、観察と関係しています。湖沼学者は、状況を記述的に観察し、それらの状況が時間の経過とともにどのように変化したかを記録します。これらの観察により、湖沼学者は理論や仮説を立てることができます。湖沼学者が使用する 2 番目の研究手法は、実験と関係しています。湖沼学者は、小さな個々の変化が生態系に与える影響についての理解を深めるため、実験室条件下で管理された実験を行います。最後に、湖沼学者は予測を立てます。実験を行った後、学んだことをより広範な生態系に関する既知のデータに適用し、自然環境に関する予測を行うことができます。

湖沼学の分野には、さらに専門的な研究領域があります。その研究領域の 1 つが生態学、特に水系の生態学です。水系の生態学は、淡水環境に生息する生物と、その生息地の変化が生物にどのような影響を与えるかに焦点を当てています。たとえば、生態学を専門とする湖沼学者は、水域の化学物質や温度の変化が新しい有機物の成長をどのように抑制または促進するかを研究できます。また、外来種が在来の水生生物の個体群に及ぼす影響も調べます。ほとんどの生態学的湖沼学者は、仮説をテスト、検証、および制御できる実験室環境で研究を行っています。湖沼学の別の研究領域は生物学です。生物学分野を専門とする湖沼学者は、特定の淡水環境に生息する水生生物のみを研究します。彼らは、生物の歴史、ライフサイクル、個体群など、さまざまな側面を理解することを目指しています。これらの科学者は、淡水域とその生態系の適切な管理を支援するために生物を研究します。[4]

水生環境

植物プランクトン

ほとんどの水生環境には植物と動物が共存しています。水生植物とは、水中で生育する植物です。水生植物の例としては、スイレン、ホタルブクロ、ラティスプラント、海草、植物プランクトンなどが挙げられます。水生植物は、蓮のように泥の中に根を張るものもあれば、ホテイアオイのように水面に浮かんでいるものもあります。[5]水生植物は、多くの水生動物に酸素、食料、そして隠れ家を提供します。さらに、水中の植物は、いくつかの海洋動物種に産卵、授乳、避難、採餌のための場所を提供しています。[6]

例えば、海草は商業目的およびレクリエーション目的で飼育される魚にとって重要な食料源です。海草は堆積物を安定させ、小型水生無脊椎動物が必要とする有機物を生成し、水中に酸素を追加します。植物プランクトンも水生植物の重要なクラスです。植物プランクトンは、成長するためにクロロフィルと日光を必要とする点で陸上植物に似ています。ほとんどの植物プランクトンは浮力があり、日光が水に浸透する海の上層部に漂っています。植物プランクトンには、渦鞭毛藻類と珪藻類の2つの主要なクラスがあります。渦鞭毛藻類は、水中を移動するために鞭毛と呼ばれる鞭のような尾を持ち、その体は複雑な殻で覆われています。一方、珪藻類は殻を持っていますが、異なる物質でできています。珪藻類は、水中を移動するために鞭毛に頼る代わりに、海流を使用します。どちらの種類の植物プランクトンは、エビ、カタツムリ、クラゲなど、さまざまな海の生き物の餌となります。[7]

水生動物と水生植物はどちらも、私たちの環境の健全性と人間の生活の質に貢献しています。人間は生存のためにそれらの生態学的機能に依存しています。人間は廃棄物を処理するために表層水とそこに生息する生物を利用しています。[8]水生植物と動物は、医薬品、食料、エネルギー、住居、さまざまな原材料など、私たちに必要なものを提供してくれます。今日では、医薬品の40％以上が水生植物と水生動物に由来しています。[8]さらに、水生野生生物は多くの人々にとって重要な食料源です。[8]さらに、水生野生生物は大気中の酸素の大きな供給源であり、人類が新しい病気、害虫、捕食動物、食糧不足、地球規模の気候変動の影響を防ぐ上で大きな役割を果たしています。[8]

水生動物

水生動物は、その生涯の大半を水中で過ごす生物です。これらの動物には、甲殻類、爬虫類、軟体動物、水鳥、水生昆虫、さらにはヒトデやサンゴが含まれます。[9]水生動物は残念ながら多くの脅威に直面しており、そのほとんどは人間の行動に起因しています。水生動物が直面する大きな脅威の一つは乱獲です。科学者たちは、海洋保護区や魚類再生区域を設けることで、人間が乱獲した魚種を補充する方法を考案しました。[10]これらの魚類再生区域は、生態系を保護し、魚類の豊かさを回復させるのに役立ちます。[11]水生動物が直面するもう一つの脅威は、汚染、特に沿岸汚染です。この汚染は工業型農業によって引き起こされます。これらの農業活動は、反応性の高い窒素とリンを河川に排出し、それが海へと運ばれます。これらの化学物質は、水中の酸素が少ない「デッドゾーン」と呼ばれる状態を作り出しています。さらに、水生動物が直面するもう一つの有害な脅威は、生息地の破壊です。これは、エビの養殖のためのマングローブ林の伐採や、深海トロール漁による海中の山脈の削り取りに例えることができます。水生動物が直面するその他の脅威は、地球温暖化と酸性化です。地球温暖化は、サンゴを生かしている藻類を死滅させ、種を本来の生息地から新しい場所へ追い出し、海面上昇を引き起こします。一方、酸性化は海のpH値を低下させています。水中の高酸性度は、サンゴなどの海洋石灰化生物が殻を形成できないようにしています。 [10]

世界水生動物の日

現在、水生科学を祝う正式な祝日は多くありませんが、「世界水生動物の日」という新しい祝日が制定されました。世界水生動物の日は、忘れられがちなこれらの動物への意識を高めるために、2020年4月3日に制定されました。[9]この祝日は、動物法研究センターの一環として、ルイス＆クラーク法科大学院の水生動物法イニシアチブと動物法クリニックのプロジェクトとして始まりました。この祝日は、これらの動物への意識を高めることに加えて、私たちの感謝と理解を深めることを目指しています。この祝日では、水生動物の定義は魚類に限定されません。[9]

水生科学における最近の研究開発

水圏科学における現在の研究は、環境問題への取り組みと新たな回復策の特定に向けて大きく発展しています。いくつかの学際的な研究により、世界中の水圏システムに影響を与えるストレス要因と介入策についての理解が深まっています。

マイクロプラスチックによる汚染は深刻な懸念事項です。マイクロプラスチックは海洋および淡水生態系に広く存在し、幅広い水生生物に影響を及ぼすことが分かっています。マイクロプラスチックは、生物種の摂食行動、成長率、生殖能力に変化をもたらすことが示されています。さらに、マイクロプラスチックは有毒化学物質を吸着・放出し、生態学的影響を増大させる可能性があります。[12]

もう一つの重要な問題は、地球温暖化、富栄養化、農薬流出といった複合的な環境ストレスが水生微生物群集に及ぼす影響です。実験により、栄養循環と食物網の安定性に重要な役割を果たす原生動物の集積は、これらの複合ストレスに対して特に脆弱であることが示されています。これらの累積的な影響は、群集構造の変化、生物多様性の喪失、そして生態系機能の障害につながる可能性があります。[13]

復元対策に関しては、水生植物の再生が生態系回復に効果的なアプローチであることが実証されています。中国の蔡子湖で行われた研究では、水生植物の再生が水質の改善と植物プランクトンの多様性の増加につながることが示されました。[14]

水生科学においても、数学モデルの重要性はますます高まっています。ウラム・イェールス・ラシアス安定論を用いて、研究者たちは地球温暖化が水生生態系に与える影響をシミュレートするモデルを開発しました。これらのモデルは、長期的な気候変動が生物多様性と生産性にどのような影響を与えるかを予測します。[15]

沿岸地域では、海洋生物多様性の回復と漁業の支援を目的として、人工生息地の利用が拡大しています。人工礁などの構造物は海洋生物の生息地を提供し、沿岸開発や乱獲による生息地の喪失を相殺するのに役立ちます。適切に設計・管理されれば、人工生息地は生態系サービスを向上させ、長期的な生態学的持続可能性を支えることができます。[16]

さらに、水生生態系の健全性は、生態系サービスのニーズを考慮した新たなパラダイムを用いて、ますます定量化されるようになっています。これらの手法は、生態系を物理的または生物学的指標のみで定量化するのではなく、水ろ過、生息地、レクリエーションといったサービスを提供する生態系の能力を分析します。この変化は、生態系の機能的健全性を重視し、より包括的かつ適応的な管理手法を支援します。[17]

これらの研究は、気候科学、汚染研究、生態系の回復とますます交差する水生科学の将来を反映しています。

参照

参考文献

  1. ^ ab 「水生科学とは何か？」ASLO . 2020年10月20日閲覧。
  2. ^ 「海洋学」ナショナルジオグラフィック協会2019年10月24日. 2020年10月20日閲覧。
  3. ^ 米国商務省、国立海洋大気庁。「海洋学者の仕事とは？」oceanservice.noaa.gov 。 2020年10月21日閲覧。
  4. ^ 「湖沼学者は何を学ぶのか？」仕事 - Chron.com . 2020年10月29日閲覧。
  5. ^ 「水生植物の定義」www.merriam-webster.com . 2020年10月29日閲覧。
  6. ^ 米国商務省、国立海洋大気庁。「なぜ水生植物はそれほど重要なのか？」oceanservice.noaa.gov 。 2020年10月29日閲覧。
  7. ^ 米国商務省、国立海洋大気庁。「植物プランクトンとは何か？」oceanservice.noaa.gov 。 2020年12月7日閲覧。
  8. ^ abcd Helfrich, Louis (2009). 「アメリカの水生生物多様性の維持」（PDF） .バージニア州協同組合拡張局. 2020年12月6日閲覧。
  9. ^ abc 「世界水生動物の日」. law.lclark.edu . 2020年10月29日閲覧。
  10. ^ ab Stone, Greg (2014年6月5日). 「私たちの海に対する5つの最大の脅威」. HuffPost . 2020年10月29日閲覧。
  11. ^ 「海洋再生ゾーンを支援しよう」。海はみんなのビジネス。2020年10月29日閲覧。
  12. ^ Gündoğdu, S., Yeşilyurt, İ. N., Abbas, Z., & Baylan, M. (2024). マイクロプラスチックの水生生物への影響：包括的レビュー.トルコ動物学ジャーナル, 48 (5), 248–285. https://doi.org/10.55730/1300-0179.3182
  13. ^ Yuan, G., Chen, Y., Wang, Y., Zhang, H., Wang, H., Jiang, M., Zhang, X., Gong, Y., & Yuan, S. (2022). 原生動物群集の複合環境ストレス（温暖化、富栄養化、農薬汚染）に対する反応. Environmental Pollution, 300 , 118861. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.118861
  14. ^ Zhao, W., Liu, Z., Guo, W., & Zhou, Z. (2022). 養殖巾着網撤去後の水生植生回復が蔡子湖における植物プランクトン群集構造に及ぼす影響.多様性, 14 (5), 395. https://doi.org/10.3390/d14050395
  15. ^ Farman, M., Shehzad, A., Nisar, KS, Hincal, E., Akgul, A., & Hassan, AM (2023). 一般化Ulam–Hyers–Rassias安定性と、地球温暖化が生態系に与える影響の動的解析のための新たな持続可能な手法. Scientific Reports, 13 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-023-49806-7
  16. ^ シーマン, W. (2006). 人工生息地と劣化した海洋生態系および漁業の回復.海洋・沿岸管理, 49 (11–12), 812–840. https://doi.org/10.1016/j.ocecoaman.2006.07.008
  17. ^ Wang, H.-Z. (2023). 生態系サービス目標の完全性要件に基づく水生生態系の完全性の評価と診断. Water Biology and Security, 3 (1). https://doi.org/10.1016/j.wbs.2023.100125
「https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Aquatic_science&oldid=1313046119」より取得