植物プランクトンが地球の酸素の半分をつくる — 海の食物連鎖と炭素の話

植物プランクトンとは何か — 海に漂う『見えない森』

『プランクトン』とは、自分の力ではほとんど泳げず、水の流れに身をまかせて漂って生きる生き物の総称です。ギリシャ語で『漂うもの』を意味する言葉が語源になっています。このうち、光合成を行って自分で栄養（有機物）をつくり出すものを植物プランクトン、それを食べて生きるものを動物プランクトンと呼びます。

植物プランクトンの多くは、肉眼では見えないほど小さな微細藻類です。1個の細胞の大きさは、大きなものでも0.1ミリほど、小さなものになると1ミリの1000分の1（1マイクロメートル）以下しかありません。それでも太陽の光と水と二酸化炭素、そしてわずかな栄養塩さえあれば、陸の植物とまったく同じ光合成を行い、酸素を放出します。

陸の植物に匹敵する『海の光合成』

驚くべきは、その総生産量の大きさです。国立環境研究所などのまとめによると、海洋の年間の純一次生産（光合成で新たにつくられる有機物の量）は炭素換算で約50ペタグラム（500億トン）に達し、これは陸上植物の約54ペタグラムとほぼ同じ規模です。しかも海の純一次生産の約93%を植物プランクトンが担い、ワカメやコンブなどの海藻はわずか約7%にすぎません。目に見えない小さな細胞たちが、地上の大森林に匹敵する『見えない森』を海につくっているのです。

多様な顔ぶれ — 珪藻・円石藻・渦鞭毛藻・シアノバクテリア

ひと口に植物プランクトンといっても、その顔ぶれは実に多彩です。ガラス質の殻をもつ珪藻（けいそう）、石灰の殻をまとう円石藻（えんせきそう）、遊泳する渦鞭毛藻（うずべんもうそう）、そして光合成をする細菌であるシアノバクテリア（藍藻）まで、大きさも形も生き方もさまざまなグループが含まれます。

• 珪藻：ケイ酸（ガラスと同じ成分）でできた精巧な殻をもつ。冷たく栄養豊富な海で大増殖し、地球の一次生産の約2割を担う主役。
• 円石藻：炭酸カルシウム（石灰）の円盤状の殻『コッコリス』を身にまとう。死後の殻が海底に降り積もり、白い石灰岩をつくる。
• 渦鞭毛藻：2本のべん毛で泳ぐ。種類によっては赤潮の原因や、発光する『夜光虫』の仲間も含む。
• シアノバクテリア：プロクロロコッカスに代表される最小級の光合成生物。数の多さでは群を抜き、酸素供給の隠れた立役者。

ちなみに、同じ海の生態系でも太陽光が届かない深海の生き物たちは光合成にまったく頼れません。植物プランクトンが活動できるのは、光の届く海面近く（表層から水深およそ100〜200メートルまで）に限られます。この薄い『光の層』こそが、地球の酸素工場なのです。

地球の大気をつくり変えた太古の主役

植物プランクトンの祖先が地球にもたらしたものは、いまの酸素供給だけではありません。今からおよそ27億〜24億年前、シアノバクテリア（藍藻）という光合成細菌が海の中で酸素を吐き出し始めたことで、それまでほとんど酸素のなかった地球の大気に酸素が蓄積し始めました。これは『大酸化イベント』と呼ばれ、やがて酸素を使う生き物、そして私たち人類へと続く生命進化の道を開いた、地球史の一大転換点です。つまり植物プランクトンの仲間は、今も昔も『地球を呼吸できる惑星にした立役者』なのです。

海がつくる酸素 — 『もう一つの肺』の正体

『地球の肺は熱帯雨林』とよく言われます。しかし正確には、地球にはもう一つ、そしておそらくもっと大きな肺があります。海です。アメリカ海洋大気庁（NOAA）は、地球の酸素生産のおよそ半分は海が担っていると見積もっており、その大半を生み出しているのが漂う植物プランクトンや光合成細菌だと説明しています。

光合成の化学 — 二酸化炭素を酸素に変える

植物プランクトンの光合成は、陸の植物と同じ基本反応です。太陽の光エネルギーを使って、水（H₂O）と二酸化炭素（CO₂）から糖（有機物）をつくり、副産物として酸素（O₂）を放出します。つまり彼らは、私たちが吐き出した二酸化炭素を吸い込み、私たちが吸う酸素を吐き出してくれている存在なのです。海が大気中の二酸化炭素を吸収する力の入り口も、この光合成にあります。

たった一種で酸素の20% — プロクロロコッカスの衝撃

海の酸素生産のなかでも、群を抜いて重要な生き物がいます。プロクロロコッカスという光合成細菌です。直径わずか0.5〜0.7マイクロメートル、地球上で最も小さな光合成生物でありながら、地球上で最も数の多い光合成生物でもあります。研究者は、この目に見えない細菌ただ一種が、地球の生物圏の酸素の最大20%を生み出していると推定しています。これは、地上のすべての熱帯雨林を合わせたよりも多い割合です。

私たちが吸う『2回に1回の呼吸』は、海の植物プランクトンに支えられている。

― 海洋科学の分野でよく語られる表現（NOAAほか）

つまり植物プランクトンの価値は、『大気の酸素を増やし続けること』よりも、『地球規模で酸素と炭素を絶えず循環させ、生命の土台を回し続けること』にあります。この循環の入り口を握っているのが、目に見えない小さな細胞たちなのです。

夜には酸素を『使う』ことも

植物プランクトンも生き物ですから、私たちと同じように呼吸をします。光合成ができる昼間は酸素を放出しますが、光のない夜間は逆に酸素を取り込んで二酸化炭素を出します。それでも、健全な海では昼の光合成による酸素生産が呼吸による消費を大きく上回るため、差し引きでたっぷりの酸素が生み出されます。この昼と夜のリズムは、海の中の酸素や二酸化炭素の濃度を1日のなかで変動させ、海の呼吸のようにゆっくりと脈打っています。

また、太陽光の強さや水温、栄養塩の量によって、植物プランクトンの元気さは季節や場所で大きく変わります。春に光と栄養がそろうと爆発的に増え、その後に栄養を使い切ると減っていく——こうした『増えては減る』波のリズムが、海の生態系全体の季節のめぐりを決めているのです。

植物プランクトンがつくった酸素は、まず海水に溶け込み、海の生き物たちの呼吸を支えます。ところが近年は、温暖化と汚染によって海の酸素が減る『海洋の貧酸素化（脱酸素化）』が世界各地で問題になっています。水温が上がると酸素は水に溶けにくくなり、成層化で表層と深層が混ざりにくくなると、深いところに酸素が届きにくくなります。酸素の生産者である植物プランクトンの元気さは、海全体の酸素バランスを左右する重要な鍵でもあるのです。

珪藻と円石藻 — 殻をまとった二大主役

植物プランクトンのなかでも、地球の物質循環に特に大きな影響を与えているのが、硬い『殻』をもつ2つのグループです。ガラスの殻をまとう珪藻と、石灰の殻をまとう円石藻。この2種類は、酸素だけでなく、地球の炭素やケイ素の循環、さらには何千万年もの時をかけた岩石の形成にまで関わっています。

珪藻 — ガラス細工のような殻をもつ生産の王者

珪藻は、ケイ酸（二酸化ケイ素、つまりガラスと同じ成分）でできた精巧な殻に包まれた植物プランクトンです。その殻はまるでガラス細工の芸術品のように幾何学的で、種類ごとに異なる美しい模様をもちます。ふたと身が組み合わさった『弁当箱』のような構造で、顕微鏡下では息をのむような造形美を見せます。

見た目の美しさだけではありません。珪藻は地球全体の一次生産のおよそ20%を単独で担うとされ、陸の熱帯雨林に匹敵する規模の光合成を行う『生産の王者』です。特に、冷たく栄養に富んだ海（極域や、日本近海では親潮の海域など）で春先に爆発的に増殖し、海を緑色に染める『春季ブルーム』を引き起こします。この大増殖が、魚たちの豊かな漁場を生み出す原動力になります。

円石藻 — 白い崖をつくった石灰のプランクトン

もう一方の主役、円石藻は、炭酸カルシウム（石灰）でできた円盤状の小さな殻『コッコリス』を鎧のように身にまとった植物プランクトンです。円石藻が大増殖すると、海の色が乳白色や水色に変わり、宇宙の人工衛星からもその様子が観測できるほどです。

円石藻の歴史的な功績は、その死後にあります。殻の主成分である炭酸カルシウムは、細胞が死んで海底に降り積もることで、長い年月をかけて分厚い石灰岩の地層をつくります。イギリス・ドーバー海峡の『白い崖』は、まさに何千万年も前の円石藻の殻が堆積してできたもの。目に見えない小さなプランクトンが、地球の風景そのものをつくり変えてきたのです。

二人の主役が分け合う役割

珪藻と円石藻は、同じ植物プランクトンでも得意分野が違います。珪藻は栄養豊富な海でいち早く増える『スピード型』で、旺盛な光合成によって酸素と有機物を大量に生み出し、魚を育てる漁場をつくります。一方の円石藻は、比較的穏やかで栄養の少ない海でも生き抜き、炭酸カルシウムの殻という形で炭素を長期的に固定します。生産の珪藻、貯蔵の円石藻——この役割分担が、海の酸素と炭素の循環に絶妙なバランスを与えているのです。

食物連鎖の出発点 — すべての海の命はここから始まる

植物プランクトンは、酸素をつくるだけの存在ではありません。海の生き物すべてを養う『食物連鎖の出発点』でもあります。太陽の光エネルギーを有機物という『食べられる形』に変換できるのは、光合成をする生き物だけ。植物プランクトンは、その入り口を一手に引き受けているのです。海のあらゆる命は、直接であれ間接であれ、この小さな生産者のつくった栄養に支えられているといっても言い過ぎではありません。

小さな草食動物 — 動物プランクトン

植物プランクトンをまず食べるのは、カイアシ類やオキアミ、さまざまな生き物の幼生といった動物プランクトンです。彼らは海の『草食動物』にあたり、植物プランクトンという海の草原をせっせと食べて育ちます。とりわけオキアミは、南極海などで巨大な群れをなし、クジラやペンギン、アザラシといった大型動物のエサとして生態系を支える要の存在です。

食卓の魚も、たどれば植物プランクトン

動物プランクトンを小魚が食べ、小魚を大きな魚が食べ、その魚を私たち人間が食べる。私たちの食卓に並ぶマグロやカツオ、イワシも、たどっていけば必ず植物プランクトンにたどり着きます。海の豊かな漁場は、その海域でどれだけ植物プランクトンが育つかで大きく左右されます。栄養塩に富んだ海で植物プランクトンが増える場所ほど、豊かな漁場になるのです。日本近海が世界有数の好漁場である理由の一つも、親潮など栄養豊かな海流が植物プランクトンをよく育てるからです。海のめぐみは、突きつめれば植物プランクトンのめぐみなのです。

1. 植物プランクトンが光合成でエネルギーと有機物をつくる（一次生産者）
2. 動物プランクトン（オキアミ・カイアシなど）がそれを食べる（一次消費者）
3. 小魚が動物プランクトンを食べる
4. 大型魚・海鳥・海獣が小魚を食べる
5. 最終的に私たち人間の食卓へ

海のプラスチックごみやマイクロプラスチックも、この食物連鎖を通じて生き物の体内に取り込まれ、めぐりめぐって私たちの元に返ってくる可能性があります。関連する話題はマイクロプラスチックと健康の記事でも詳しく扱っています。

南極海を支えるオキアミという要石

植物プランクトンと大型動物をつなぐ役割の分かりやすい例が、南極海のオキアミです。ナンキョクオキアミは体長数センチの小さな甲殻類ですが、夏に大増殖する珪藻などの植物プランクトンを食べて莫大な数に増え、巨大な群れをつくります。この群れを、シロナガスクジラをはじめとする大型のクジラ、ペンギン、アザラシ、海鳥などが一斉に頼りにします。植物プランクトンが少しでも減れば、オキアミが減り、それを頼りにする南極の巨大な生態系がまるごと揺らいでしまうのです。

生物ポンプ — 海が炭素を深海へ沈める巨大装置

植物プランクトンのもう一つの重要な役割が、大気中の二酸化炭素を海の底へと運び去る『生物ポンプ』です。これは地球の気候を安定させる、地球規模の巨大な仕組みです。海には大気のおよそ50倍もの炭素が溶け込んでいる（気象庁）とされ、その巨大な炭素の貯蔵を支えているのが、この生物ポンプなのです。もし植物プランクトンによる生物ポンプがなければ、大気中の二酸化炭素濃度は今よりずっと高く、地球は現在よりも大幅に暑い惑星になっていたと考えられています。私たちが暮らしやすい気候を保てているのは、この目に見えないポンプが太古から休みなく動き続けているおかげなのです。

マリンスノー — 命が降らせる雪

植物プランクトンは光合成で二酸化炭素を取り込み、自らの体（有機物）に変えます。やがて彼らが死んだり、動物プランクトンに食べられてフンになったりすると、それらは小さな粒となって海の底へゆっくりと沈んでいきます。深海から見上げると、まるで雪が降っているように見えることから、この沈降する有機物はマリンスノー（海の雪）と呼ばれています。

年間約100億トン — 化石燃料に匹敵する炭素輸送

この生物ポンプが深海へ運ぶ炭素の量は、なんと年間およそ100億トン（約10ギガトン炭素）にのぼると推定されています。これは、人類が化石燃料を燃やして毎年排出している炭素の量に匹敵する規模です。深海へ沈んだ炭素は、海の深いところをめぐる長い循環に取り込まれ、1000年以上にわたって大気から隔離されることもあります。植物プランクトンは、気候を数百年〜千年スケールで調整する『地球のエアコン』の一部として働いているのです。

近年のJAMSTECの研究では、円石藻の炭酸カルシウムや珪藻のケイ酸といった『重り』となる鉱物成分が、沈降する粒子の沈む速さや壊れにくさを左右し、どれだけ深くまで炭素が届くかを決めていることが明らかになってきました。殻をまとった植物プランクトンは、ただ生産するだけでなく、炭素を効率よく深海へ運ぶ『運び屋』としても優れているのです。

ただし、この生物ポンプの効率は海の状態に敏感です。海洋酸性化が進むと、炭酸カルシウムの殻をつくる円石藻が影響を受ける可能性が指摘されており、生物ポンプの将来にも不確実性が残されています。

海に溶け込んだ膨大な炭素

こうして生き物が長い年月をかけて運び続けた結果、海には大気の何十倍もの炭素が蓄えられています。気象庁によれば、海洋は大気のおよそ50倍もの炭素を蓄えているとされ、地球上で最も大きな炭素の貯蔵庫のひとつになっています。この巨大な貯蔵を絶えず補充し、維持しているのが、日々光合成を行い、沈んでいく植物プランクトンなのです。もし生物ポンプが弱まれば、深海へ運ばれるはずだった炭素が表層や大気に残り、温暖化をさらに加速させるおそれがあります。

温暖化で植物プランクトンはどう変わるのか

酸素を生み、食物連鎖を支え、炭素を深海へ運ぶ。これほど重要な植物プランクトンが、いま地球温暖化によって静かに、しかし着実に変化しつつあります。その鍵を握るのが『海の成層化』と『栄養塩』です。

海の『ふた』が厚くなる — 成層化と栄養不足

植物プランクトンが増えるには、光と栄養塩（窒素やリンなど）の両方が必要です。光は海面近くにありますが、栄養塩は深いところに多く蓄えられています。ふだんは海水の上下の混合によって、深層の栄養塩が表層へと運ばれてきます。ところが海面の水温が上がると、暖かく軽い表層水が重い深層水の上にフタのように乗り、両者が混ざりにくくなります。これが『成層化』です。

成層化が強まると、深層から表層への栄養塩の供給が細ります。すると、光は十分でも栄養が足りず、植物プランクトンが育ちにくくなります。環境省や水産庁も、温暖化による成層化の強化で、低・中緯度の外洋では栄養塩供給が弱まり、基礎生産力（一次生産力）が低下する可能性を指摘しています。

衛星が捉えた、世界的な減少のきざし

この変化は、すでに人工衛星の観測データにも表れ始めています。海の色から植物プランクトンの量を推定する研究では、世界の海のおよそ半分で純一次生産（NPP）の有意な減少が確認され、特に熱帯・亜熱帯の成層化した海域でその傾向が強いと報告されています。低〜中緯度では海面のクロロフィルa（植物プランクトンの色素）濃度がじわじわと下がり続けているという研究もあります。

将来予測はさらに厳しいものです。複数の気候モデルを統合した研究では、温暖化が進むほど海の一次生産が低下し、それが食物連鎖を通じて増幅され、海の動物全体の量（生物量）が減少すると見込まれています。しかも、現在の気候モデルはこの減少を過小評価している可能性すら指摘されています。

分布が変わる — 種の入れ替わり

量の減少だけでなく、『どこにどの種がいるか』という分布も変わりつつあります。冷たい海を好む珪藻のような種は、温暖化とともにより高緯度（極方向）へと生息域を移し、代わりに暖かい海を好む小型の種が勢力を広げると予測されています。植物プランクトンの顔ぶれが変われば、それを食べる動物プランクトンや魚の種類も変わり、海の生態系全体が組み替わっていく可能性があります。こうした変化は、海水温上昇と海流の変化とも深く結びついています。

注意したいのは、変化の向きが海域によって異なることです。栄養塩不足に悩まされる低・中緯度の海では植物プランクトンが減る一方、これまで氷や低い水温に覆われていた北極海などの高緯度では、氷が解けて光が差し込む期間が延び、かえって植物プランクトンが増える海域もあると報告されています。しかし、ある場所で増えても別の場所で減れば、海全体の生態系や漁場の地図が塗り替わることに変わりはありません。『どこで、どの種が、どれだけ』という繊細なバランスが崩れること自体が、私たちにとって大きな不確実性となるのです。

植物プランクトンの小型化も懸念されています。栄養の乏しい暖かい海では、大きな珪藻よりも、少ない栄養でも生きられる小型の種が優勢になりがちです。小型化が進むと、粒が小さく軽くなるぶんマリンスノーとして沈みにくくなり、生物ポンプによる炭素の深海輸送の効率まで落ちてしまう可能性が指摘されています。酸素・食物連鎖・炭素固定という3つの働きが、温暖化を通じて連動して弱まっていく——それが植物プランクトンをめぐる最大の心配なのです。

私たちと植物プランクトン — 小さな命を守るということ

植物プランクトンは遠い海の話に思えるかもしれません。しかし、私たちが吸う酸素、食卓の魚、そして気候の安定まで、その恵みは私たちの暮らしのすみずみに及んでいます。この小さな主役たちを守ることは、めぐりめぐって私たち自身の暮らしを守ることに直結します。

温暖化を抑えることが、いちばんの保全

植物プランクトンにとって最大の脅威は、海水温の上昇と成層化、そして海洋酸性化です。これらの根っこにあるのは、大気中の二酸化炭素の増加、つまり地球温暖化です。エネルギーの使い方を見直し、二酸化炭素の排出を減らす一人ひとりの行動が、遠い海の小さな命を守ることにつながります。植物プランクトンは、私たちが排出した二酸化炭素をせっせと吸収し、深海へ運んで気候を和らげてくれる、いわば地球のパートナーです。その働きに頼りきって二酸化炭素を出し続ければ、いつかパートナー自身が弱ってしまいます。温暖化を抑えることは、この頼れる味方を守り、その力を未来へ残すことでもあるのです。

海をきれいに保つ

海に流れ込むプラスチックごみや、生活排水による過剰な栄養（富栄養化）も、植物プランクトンの世界のバランスを崩します。栄養が過剰になると特定の種が異常発生し、赤潮や貧酸素水塊（酸素の少ない水の層）を引き起こすこともあります。海のごみ問題については海洋プラスチックの分解の記事もあわせてご覧ください。

海LABでは、こうした海の変化を科学のデータとともにわかりやすく伝えています。深海のごみ問題など、関連する話題もぜひのぞいてみてください。

『見えないから守れない』を超えて

植物プランクトンが直面している問題の難しさは、それが目に見えないことにあります。森林の減少なら衛星写真や身近な風景で気づけますが、海の植物プランクトンの減少は、専門の観測や衛星データを見なければわかりません。だからこそ、科学者たちが積み重ねる観測データに関心を向け、『見えない主役』が確かに存在し、いま変わりつつあることを知ることが、保全の第一歩になります。

私たち一人ひとりの暮らしは、遠い海の小さな命とつながっています。省エネや脱プラスチックといった行動は、一見すると植物プランクトンとは無関係に思えるかもしれません。しかし、二酸化炭素を減らし海をきれいに保つことは、めぐりめぐって、私たちに酸素と食料と安定した気候を与えてくれる海の主役を守ることに、確かにつながっているのです。

まとめ — 目に見えない主役たちが支える地球

植物プランクトンは、肉眼では見えないほど小さな生き物です。しかしその働きは、地球規模で私たちの生存を支えています。酸素の生産、食物連鎖の起点、そして炭素の深海への輸送。そのどれもが、私たちの呼吸と食事と気候に直接つながっています。

そして今、その静かな主役たちが、地球温暖化によって量も分布も変わりつつあります。小さな変化が食物連鎖を通じて増幅され、いずれ私たちの暮らしに返ってくる可能性があります。だからこそ、この見えない命の存在を知り、守っていくことが大切なのです。

海の青さの向こうには、髪の毛より細い体で地球を呼吸させ続ける、無数の小さな命があります。その存在に思いをはせることは、私たちが海とどう向き合うべきかを考える出発点になります。次に海を眺めるときは、その水の一滴ひとしずくに、酸素と食料と気候を支える小さな主役たちが漂っていることを、少しだけ思い出してみてください。