プランクトンのパラドックス
海洋珪藻類は、逆説的に競争排除原理を無視しているように見える 多くのプランクトン生物の 1 つです。

水生生物学において、プランクトンのパラドックスとは、限られた範囲の資源が予想外に広範囲のプランクトン種を支えている状況を指し、 2 つの種が同じ資源をめぐって競争すると、一方が絶滅に追い込まれるという競争排除原理に明らかに反している。

生態学的パラドックス

プランクトンのパラドックスは、観察されるプランクトンの多様性と競争排除原理 [ 1 ] （ガウスの法則 [ 2 ] としても知られる）との衝突から生じます。競争排除原理とは、 2つの種が同じ資源をめぐって競争する場合、最終的に1つだけが生き残り、もう1つは絶滅に追い込まれるというものです。優勢な種が共有資源を必然的に枯渇させ、劣勢な種を激減させるため、このような2種の共存は不可能です。[ 3 ]植物プランクトンは、互いに競争する資源（光、硝酸塩、リン酸塩、ケイ酸、鉄など）が限られているにもかかわらず、系統発生のすべてのレベルで多様です。プランクトンのパラドックスは、1961年にG・エブリン・ハッチンソンによって最初に記述されました。ハッチンソンは、このパラドックスは、光や乱流の垂直勾配、共生や片利共生、差別的捕食、または絶えず変化する環境条件などの要因によって解決できると提唱しました。 [ 4 ]

その後の研究では、このパラドックスは、動物プランクトンの摂食圧、[ 5 ]カオス的流体運動、[ 6 ]サイズ選択的摂食、[ 7 ]時空間的異質性、[ 8 ]細菌による媒介、[ 9 ]環境変動などの要因によって解決できることがわかった。[ 10 ]一般的に、研究者は、生態学的要因と環境的要因が絶えず相互作用し、プランクトンの生息地が単一の種に有利な平衡状態に達することは決してないと示唆している。[ 11 ]

乱流は数メートル未満の空間スケールでプランクトン群を乱すと長い間考えられてきましたが、小規模プランクトン分布解析を用いた研究者らは、プランクトンの摂食、競争、感染を可能にするのに十分な寿命（10分以上）を持つ凝集群（10cm程度）を示していることを発見しました。[ 12 ]

ウイルス溶解による解決

溶菌サイクルでは、ウイルスは宿主細胞内で増殖してさらに多くのウイルスを製造し、その後、ウイルスは細胞から破裂します。

このパラドックスの解決策の一つとして、海洋溶菌ウイルスによるプランクトン個体群の制御が考えられます。海洋ウイルスは細菌やプランクトンの生態系において重要な役割を果たしています。生物地球化学的循環[ 13 ]や、細菌群集とプランクトン群集の両方における遺伝子水平伝播の重要な要素です。ウイルスは海洋で最も豊富な生物であり、宿主個体群を急速に枯渇させる能力を持っています。海洋ウイルスは特定の宿主種に感染するため、ウイルスの大量発生は植物プランクトンや細菌群集の構造を迅速かつ効果的に変化させます。溶菌サイクルを介して、ウイルスは宿主と遭遇し、細胞が破裂してウイルスを放出するまで増殖します。ウイルスはまた、溶原サイクルに入ることもあり、このサイクルではウイルスが自身のDNAを宿主ゲノムに書き込みます。植物プランクトン種がブルーム期に入ると、細胞濃度が上昇し、多くのウイルス標的が突然利用可能になります[ 14 ] 。

プランクトンのパラドックスを説明する一つの説明として、「ブームとバステッドの動態」仮説、あるいは「勝者を殺せ」仮説があります。植物プランクトンブルームでは、ある種が理想的な条件下で急速に増殖し、ある領域における細胞密度が高まり、他の植物プランクトンとの競争に打ち勝ちます。宿主細胞におけるこの「ブーム」は、ウイルスによる急速な感染の機会を生み出し、「バスト」と呼ばれる状態へと導き、植物プランクトン個体群は急速に減少します。これにより、局所的な植物プランクトン生態系に大きな隙間が生じ、他の種がその隙間を埋めて成長を続けることが可能になります。このようなウイルスによる個体群制御は、植物プランクトン群集の時間的および空間的な多様性を生み出します。ウイルスは、かつて優勢だった種が将来のブルーム発生時に急増するのを防ぐため、長期的な制御が実現します。[ 15 ]

参照

参考文献

  1. ^ Hardin, G. (1960). 「競争排除原理」. Science . 131 (3409): 1292–1297 . Bibcode : 1960Sci...131.1292H . doi : 10.1126/science.131.3409.1292 . PMID  14399717 .
  2. ^ Gause, GF (1932). 「生存競争に関する実験的研究 - I. 2種の酵母の混合集団」 . Journal of Experimental Biology . 9 : 389–402 . Bibcode : 1932JExpB...9..389G . doi : 10.1242/jeb.9.4.389 .
  3. ^ Johnson, Christopher A.; Bronstein, Judith L. (2019). 「共存と競争的排除における相互共生」 .生態学. 100 (6): e02708. Bibcode : 2019Ecol..100E2708J . doi : 10.1002 / ecy.2708 . hdl : 10150/633609 . ISSN 1939-9170 . PMID 30924140. S2CID 85565692 .   
  4. ^ハッチンソン、GE（1961）プランクトンのパラドックス。アメリカンナチュラリスト95、137-145。
  5. ^ McCauley, E.; Briand, F. (1979). 「動物プランクトンの放牧と植物プランクトン種の豊富さ：捕食仮説のフィールドテスト」 .陸水学・海洋学. 24 (2): 243– 252. Bibcode : 1979LimOc..24..243M . doi : 10.4319/lo.1979.24.2.0243 .
  6. ^ Károlyi, G.、Péntek, Á.、Scheuring, I.、Tél, T.、Toroczkai, Z. (2000)カオスの流れ: 種の共存の物理学。米国科学アカデミー紀要97、13661-13665。
  7. ^ Wiggert, JD, Haskell, AGE, Paffenhofer, GA, Hofmann, EE and Klinck, JM (2005)熱帯海域におけるコペポダ類個体群の維持における摂食行動の役割Archived 2008-09-05 at the Wayback Machine . Journal of Plankton Research 27 , 1013-1031.
  8. ^宮崎 剛志・田中 健・富樫 孝・鈴木 哲也・吉村 淳 (2006) 生態学的時間スケールにおける植物プランクトン種の空間的共存「Science Links Japan | 生態学的時間スケールにおける植物プランクトン種の空間的共存」。2007年9月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年6月6日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: bot: 元のURLステータス不明（リンク）人口生態学48(2)、107-112 。
  9. ^ Newhook, R.; Briand, F. (1987). 「湖沼における構造形成因子としての細菌：バクテリオプランクトンを用いた野外操作」 . Archiv für Hydrobiologie . 109 (1): 121– 138. doi : 10.1127/archiv-hydrobiol/109/1987/121 . hdl : 10393/4660 . ISSN 0003-9136 . 
  10. ^ Descamps-Julien, B.; Gonzalez, A. (2005). 「変動する環境における安定的な共存：実験的実証」（PDF） . Ecology . 86 (10): 2815– 2824. Bibcode : 2005Ecol...86.2815D . doi : 10.1890/04-1700 . 2006年11月17日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2014年10月18日閲覧。
  11. ^ Scheffer, M., Rinaldi, S., Huisman, J. and Weissing, FJ (2003)プランクトン群集に平衡がない理由：パラドックスの解決策Hydrobiologia 491 , 9-18.
  12. ^ Mitchell, JG, Yamazaki, H., Seuront, L., Wolk, F., Li, H. (2008) 植物プランクトンパッチパターン：乱流海洋における海景の解剖学. Journal of Marine Systems 69 , 247-253.
  13. ^ Mayers, Kyle MJ (2023年1月30日). 「海洋ウイルスの放牧とその生物地球化学的意味合い」 . mBio . 14 (1): e0192121. doi : 10.1128/mbio.01921-21 . hdl : 11250/3078503 . PMC 9973340. PMID 36715508 .  
  14. ^ブライトバート、マイア (2012). 「海洋ウイルス：真実か挑戦か」. Annual Review of Marine Science . 4 : 425–448 . Bibcode : 2012ARMS....4..425B . doi : 10.1146/annurev-marine-120709-142805 . ISSN 1941-1405 . PMID 22457982 .  
  15. ^フリン、ケビン・J.; ミトラ、アディティー; ウィルソン、ウィリアム・H.; キマンス、スーザン・A.; クラーク、ダレン・R.; ペルーシ、アンジェラ; ポリメーン、ルカ（2022年5月）。植物プランクトンとウイルスの相互作用における「急増と崩壊」のダイナミクスがプランクトンのパラドックスを説明する。New Phytologist . 234 (3): 990– 1002. Bibcode : 2022NewPh.234..990F . doi : 10.1111/nph.18042 . ISSN  0028-646X . PMC  9313554. PMID  35179778 .
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