閉鎖生態系または封じ込め生態系( CES ) は、生命を維持するためにシステム外部のいかなる部分とも物質交換に依存しない 生態系です。
この用語は、主に小規模な人工生態系を指すのに用いられます。このようなシステムは、生命維持システムや宇宙居住地として機能する可能性があります。[1]
閉鎖生態系では、ある種が排出する廃棄物は、少なくとも他の1つの種によって利用されなければなりません。ネズミやヒトなどの生命体を維持するためには、二酸化炭素、排泄物、尿などの廃棄物は、最終的に酸素、食物、水に変換されなければなりません。
これらのシステムは依然として太陽光などの外部からの一定のエネルギー入力に依存しています。[2]
閉鎖生態系には、少なくとも1種類の独立栄養生物が含まれなければなりません。化学栄養生物と光栄養生物の両方が存在する可能性はありますが、現在までに確立された閉鎖生態系のほとんどは、緑藻類などの独立栄養生物を基盤としています。
例
惑星全体の閉鎖生態系は生態圏と呼ばれます。[3] [4]
人間の生命維持のために作られた人工閉鎖生態系には、バイオスフィア2、MELiSSA、BIOS-1、BIOS-2、BIOS-3プロジェクトなどがある。[5]しかし、人間が関与する人工閉鎖生態系で、長期間にわたって生命を維持することに成功した例はない。
ボトルガーデンやアクアリウムエコスフィアは、部分的または完全に密閉されたガラス容器で、自給自足型の閉鎖生態系を構築します。自作または購入可能です。小さなエビ、藻類、砂利、装飾用の貝殻、ゴルゴニアなどを入れることができます。[6]
弱点
閉鎖生態系は、自然生態系よりもはるかに少ない種しか存在しないため、生物多様性の低さから不安定な状態になりがちです。また、自然循環、栄養段階の相互作用、個体群動態を安定させるのに役立つ冗長性も欠いており、閉鎖生態系における種の減少は、他の生物がそれを補うことができないため、システムの崩壊につながる可能性があります。
炭素隔離や酸素生成といった自然プロセスは、閉鎖系内の変化に非常に敏感であり、ガスや毒素の危険な蓄積や枯渇につながる可能性があります。例えば、バイオスフィア2では、土壌微生物が二酸化炭素濃度を高める一方で酸素レベルが低下し、水域における藻類ブルームの発生率が上昇しました。その結果、30%の種と全ての花粉媒介生物が死滅しました。[7]
閉鎖系への人間の関与は、人間の呼吸と栄養摂取にさらなる負担がかかるため、さらなる弱点を生み出します。[8]微量栄養素の制限、心理的ニーズ、老廃物の生成は、システムの長期的な全体的な安定性を複雑にします。
フィクションでは
閉鎖生態系はフィクション、特にSFにおいてよく登場します。ドーム型都市、宇宙ステーション、異星や小惑星の居住地、円筒形の居住地（例：オニール・シリンダー）、ダイソン球などがこれにあたります。[9]
参照
- 生物圏 – 地球上のすべての生態系の総和
- 制御された生態学的生命維持システム – 宇宙ステーションと閉鎖生態系の技術
- 制御環境農業 - 食料生産に向けた技術ベースのアプローチ
- IBTS Greenhouse – エジプトの淡水化プロジェクト
- 生態学 – 生物とその環境の研究
- エコスフィア – 惑星の閉鎖生態系
- 生態系サービス – 健全な生態系がもたらす恩恵リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
- エデン プロジェクト – イギリス、コーンウォールの観光名所
- MELiSSA – 欧州宇宙機関が主導する宇宙ミッション向け生命維持システムの開発コンソーシアム
- 宇宙植民地化 - 地球外での恒久的な人類居住の概念
- スポメ – 物質閉鎖型、エネルギー開放型の仮説的生命維持システム
- テラフォーミング – 仮想的な惑星工学プロセス
- 嫦娥4号 – 中国の月面着陸船と探査車
- フィクションにおける宇宙ステーションと居住地
参考文献
- ^ II Gitelson ; GM Lisovsky & RD MacElroy (2003).人為的閉鎖生態系. Taylor & Francis . ISBN 0-415-29998-5。
- ^ pakramer (2016年10月27日). 「閉鎖型生態系の科学」. PA Kramer . 2025年12月12日閲覧。
- ^ 「球体辞典」（PDF） .オレゴン州立大学. 2016年10月18日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2016年10月16日閲覧。
- ^ 「ESO 2 サイエンス 11: エコスフィアとエコシステム」サイエンスヘルプデスク。
- ^ Salisbury FB; Gitelson JI; Lisovsky GM (1997年10月). 「Bios-3：シベリアにおけるバイオ再生型生命維持実験」. BioScience . 47 (9): 575–85 . doi : 10.2307/1313164 . JSTOR 1313164. PMID 11540303.
- ^ 「エコスフィアとは何か？（エビとゴルゴニアサンゴ）」。
- ^ 「バイオスフィア2：なぜ失敗したのか？」RyeStrategy . 2025年12月12日閲覧。
- ^ pakramer (2016年10月27日). 「閉鎖型生態系の科学」. PA Kramer . 2025年12月12日閲覧。
- ^ ウェストファール、ゲイリー (2005). 「宇宙居住地」. グリーンウッドSF・ファンタジー百科事典：テーマ、作品、そして驚異. グリーンウッド出版グループ. pp. 736–737. ISBN 978-0-313-32952-4.
