メジャーのための生物学II

学習成果

  • 定常水と流動水の淡水のバイオマスの特徴をまとめる

地殻変動。 海と淡水が出会う場所

地殻変動は、川などの淡水源が海と出会う場所に発生するバイオマスです。 そのため、淡水と海水が同じ場所に存在し、混ざり合うことで塩水が薄まった状態(汽水状態)になります。 汽水域は、甲殻類、軟体動物、魚類などの多くの子供たちが生活を始める保護区であり、他の動物たちにとっても重要な繁殖地となっている。 塩分濃度は、河口に生息する生物や生物の適応に影響を与える非常に重要な要素である。 河口の塩分濃度は、その淡水源の流量に応じて大きく変化し、季節ごとの降雨量にも左右されます。 1日に1~2回、満潮時には塩水が河口に流れ込みます。

真水と塩水の混合による塩分濃度の短期的かつ急速な変化は、河口に生息する動植物にとって生理学的に難しい課題です。 河口域の植物の多くは塩生植物であり、塩分に耐えることができる植物です。 塩生植物は、根に付着した塩水や海からの飛沫による塩分に対応できるようになっている。 塩生植物の中には、根の中にあるフィルターが、植物が吸収した水から塩分を取り除くものもある。 また、酸素を根に送り込むことができる植物もあります。 ムール貝やアサリ(軟体動物門)などの動物は、急速に変化する環境下で機能するために、多くのエネルギーを消費する行動適応を発達させてきた。 これらの動物は、低塩分濃度にさらされると、摂食をやめ、殻を閉じ、好気性呼吸(エラを使って水中の酸素を除去する)から嫌気性呼吸(酸素を必要とせず、動物の細胞の細胞質で行われるプロセス)に切り替える。

淡水のバイオマス

淡水のバイオマスには、湖や池(水が溜まっている状態)と川や小川(水が流れている状態)があります。 また、湿地帯も含まれます。 人間は、飲料水、作物の灌漑、衛生、産業のための水資源を提供するために、淡水のバイオマスに依存しています。 これらの様々な役割と人間の利益は、生態系サービスと呼ばれています。

湖と池

湖や池の面積は、数平方メートルから数千平方キロメートルにも及びますが、湖や池は陸地にあるため、陸地のバイオマスに影響を与えている生物学的および生物学的要因と関係しています。 温度は、湖や池に生息する生物に影響を与える重要な外生的要因です。 夏場の湖沼では、太陽の光で温められた上層の水が、より深い低温の水と混ざらないことで温度成層化が起こります。 湖や池の光帯内では、光が透過します。 ここでは植物プランクトン(藻類や藍藻類)が光合成を行い、湖や池の食物網の基礎となっている。 この植物プランクトンを食べているのが、ワムシや小型甲殻類などの動物プランクトンです。

この写真は、緑色の濃い藻類で水が詰まっている様子を示しています。

図1. この湖では、藻類の無秩序な増殖により、藻類の大発生が起きている。 (credit: Jeremy Nettleton)

窒素とリンは、湖や池の重要な制限栄養分です。 窒素とリンは、湖や池の植物プランクトンの成長を左右する重要な制限栄養素です。 窒素やリンが大量に投入されると、藻類が急激に増殖し、「藻場」と呼ばれる藻類の大規模な集積が発生します。 藻類(図1)が大量に発生すると、水中の光の透過率が低下します。 その結果、湖や池は窒息状態となり、光合成を行う植物が生存できなくなります。 藻類が死んで分解すると、水中の酸素が著しく減少します。 酸素を必要とする魚やその他の生物が死滅しやすくなり、その結果、デッドゾーンが世界各地で発生します。

河川

河川とは、大量の水を源流から湖や海に運ぶ連続した水域のことです。

川や小川の生物学的特徴は、川や小川の長さに応じて異なります。 渓流は、源流と呼ばれる地点から始まります。 源流水は通常、冷たく、栄養分が少なく、澄んでいます。 水路(川や小川の幅)は、川や小川の長さに沿った他の場所よりも狭い。

水の流れが速いので、川底に沈むシルトの量が少なく、水が澄んでいます。

流れが速いため、川底にシルトが溜まりにくく、水が澄んでいます。光合成は、流れが速いために植物プランクトンが育たず、岩の上に生えている藻が主な原因です。 また、水辺の樹木などから川に落ちてくる葉っぱなどの有機物からもエネルギーが得られます。 葉が分解されると、葉に含まれる有機物や栄養分が水に戻されます。 動植物はこの流れの速い水に適応してきた。 例えば、ヒル(Annelida属)は、細長い体の両端に吸盤を持っています。 この吸盤が底質に付着し、ヒルを固定している。

川や小川が源流から離れるにつれて、水路の幅は徐々に広がり、流れは緩やかになります。 このゆっくりとした流れの水は、支流が合流することによる勾配の減少と体積の増加により、堆積物が多くなります。 流れの遅い水には植物プランクトンも浮遊しています。 そのため、水源地付近のような透明度の高い水にはなりません。 また、水の温度も高くなります。 虫(Annelida門)や昆虫(Arthropoda門)が泥の中に潜っているのが見られる。 高次の捕食者である脊椎動物(脊索動物門)には、水鳥、カエル、魚類などがいます。 これらの捕食者は、動きが遅く、時には濁った水の中で餌を探さなければなりません。水源地のマスとは異なり、これらの脊椎動物は餌を探すために視覚を主に使用することができません。

湿地

湿地とは、土壌が恒常的または周期的に水で飽和している環境のことです。 湿地は浅い水域であるのに対し、湖は深さが異なるため、湖とは異なります。 抽水植物とは、土壌に根を張り、葉や茎、花などの一部が水面上に出ている湿地植物のことです。 湿地には、湿地、沼地、沼地、干潟、塩湿地などいくつかの種類があります(図2)。

この写真は、黒い水の中に生えているマングローブの木です。 マングローブの幹は下に向かって広がり、分かれています。

図2. フロリダ州南部に位置するエバーグレーズ国立公園には、ノコギリソウ湿地、イトスギ湿地、河口のマングローブ林など、さまざまな湿地帯があります。 ここでは、糸杉の間を歩くダイサギが見られる。 (credit: NPS)

淡水の湿地や沼地は、水の流れが緩やかで安定しているのが特徴です。 沼地は、水の流れが少ないか、存在しない窪地にできます。 沼は通常、底が粘土質で浸透性が悪い場所に発生します。 パーコレーションとは、土壌や岩石の孔を通って水が移動することです。 沼地の水は、有機物の分解に使われる酸素が補充されないため、淀んでいて酸素が不足している。 水中の酸素が減少すると、分解が遅くなる。 すると、有機酸などの酸が溜まり、水のpHが下がります。 pHが低くなると、植物が窒素を利用できなくなります。 窒素は重要な制限資源であるため、植物にとっては課題となる。 湿原植物の中には、サンデュー、ピッチャープランツ、ヴィーナスフライトラップなど、昆虫を捕獲してその体から窒素を取り出すものがある。

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