オゾン層破壊による生物への影響
東 正剛
高緯度で紫外線を増加させる
南極海に異変
南極オゾンホールの発見
忠鉢 繁(1984)
オゾン層破壊をくい止めるための
世界的な取り組み
1974
1984
1985
3月
5月
1987
1990
1992
1997
1999
フロンによるオゾン層破壊説
国際シンポで忠鉢の論文
50ー100年後の問題と予測
あまり注目されず
ウィーン条約採択
オゾンホールNature誌に
モントリオール議定書
ロンドン改正議定書
コペンハーゲン改正議定書
モントリオール改正議定書
北京改正議定書
国際的取組みを確認
急速に、緊急性を認識
科学アセスメントに合わせて、
次々と改正
オゾン層破壊の科学アセスメント:1998
国連環境計画、世界気象機関、米国海洋大気庁、米国航空宇宙局、欧州連合
• 南極のオゾンホールは衰退しないで拡大中。
• 北極の晩冬から春にかけてのオゾン量も異常
に少ない年が増えている。
• 中緯度成層圏のオゾン減少も顕著
• 成層圏の塩素と臭素の総量は、2000年以前
にピークを迎える筈だが、現在も増加中。
• モントリオール議定書が完全に実行されれば、最
大のオゾン層破壊は10-20年のうちに起こる筈。
しかし、オゾン層の回復は、さらにその先。
ナンキョクオキアミの激減
南極海の食物連鎖
• 第三次消費者 シャチ、ヒョウアザラシ、その他
• 第二次消費者 クジラ、ペンギン、魚類、その他
•
top-down effect
• 第一次消費者 オキアミ、かいあし類、その他
•
• 生産者
bottom-up effect
植物プランクトン
光の分類と作用
波長
< 200 nm <
真空紫外線
< 280 nm <
紫外線C
< 315 nm <
紫外線B
大
< 380 nm <
紫外線A
< 720 nm <
可視光線
エネルギー
光分解作用
DNA損傷
蛋白質損傷
無機物分解
光回復酵素の活性化
赤外線
小
光合成
UV-Bが有機物と無機物に及ぼす影響
高分子 →光分解→ 低分子
有機物の分解速度が上がる。
プランクトンが利用しやすい物質が増加。
生物に有害な活性酸素や過酸化水素が増加。
Fe3+→Fe2+
植物プランクトンが吸収しやすい。
紫外線が生物に与える影響
個体に与える影響: 研究例多い
動物:皮膚病、眼病、免疫力低下
植物:光合成阻害
単細胞生物:細胞分裂阻害
生態系に与える影響: これからの課
題
水界における微生物ループ
植物と昆虫の相互作用
外洋における食物連鎖
溶存有機物
粒状有機物
高次消費者
原核生物
動物プランクトン
微小鞭毛虫
植物プランクトン
繊毛虫
分解
バクテリア
紫外線
微生物ループ
分解
無機物
CO2,N,P,etc.
沈
降
UV-Bが植物プランクトンに及ぼす影響
•
•
•
•
•
DNAやタンパク質損傷:光合成阻害
色素の漂白
細胞の運動力や方向感覚阻害
細胞分裂阻害
藍藻類の窒素固定阻害
東南アジアの稲作地帯でも深刻
約1億t/年の窒素固定
しかし、UV耐性は種間差が大きい
群集は、種構成の変化で対応可能?
260
270
275
280
285
290
295
300
310
315
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
光合成阻害効率
(J -1 m -2 10 -3 )
光の波長と光合成阻害
(藍藻Nodularia spumigena)
160
140
120
100
80
60
40
20
0
光長 (nm)
太陽光による細胞分裂阻害
(無殻珪藻 Phaeodachylum tricornutum)
PAR
PAR + UV-A
PAR + UV-A + UV-B
1.4
細胞分裂回数/日
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
10
20
30
40
50
60
70
水面の光量(%)
80
90
100
予 測
16%のオゾン減少
植物プランクトンの光合成量5%減
年間漁獲量700万トン減
藍藻類の窒素固定量10%減
稲作地帯だけで、約1000万tの
窒素肥料に相当
紫外線が動物プランクトンに及ぼす影響
• 成体の感受性は種によって大きく異なる。
• 卵期や色素蓄積の不十分な幼生期は、多く
の種でUV-B感受性が高い。
• 親への照射が幼生の孵化率や生存率にも
影響する。
• 運動能力が高く、UV-Aや可視光線には対応
できるが、UV-Bは感知できない。
UV-Bが細菌プランクトンに及ぼす影響
細菌プランクトン:0.2~2μm
色素を生産・蓄積するには小さすぎる。
DNAが直接UV-Bに暴露
微生物ループへの影響大きい?
海洋における補償深度
真光層
真光層
補償深度までの層
光合成 = 呼吸
有光層(600~1,000m)
沿岸海洋:20~30m
遠洋:数十m~100m
光量:海表面の0.1%まで
無光層
UV-Bが0.1%になるのは、
補償深度の約4分の1深度
陸上生態系への影響評価
これからの課題
可視光によって見える様子
紫外線によって見える様子
オゾン層破壊と温暖化の相互作用
オゾン層破壊
成
層
圏
低温化
温暖化
UV-Bの増加
対
流
圏
UV-Bの増加
二酸化炭素の増加
陸域: 植物遺体
海洋・湖沼: 微生物ループ
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