核実験による放射性炭素が深海の海溝で発見される

原文
https://phys.org/news/2019-05-radioactive-carbon-nuclear-deep-ocean.html

1957年、ネバダ実験場で爆発した37キロトンの「プリシラ」核実験。出典：米国エネルギー省

20世紀の核実験によって大気中に放出された放射性炭素が、
海洋の最深部まで到達していることが、
新しい研究で明らかになった。

AGUの学術誌「Geophysical Research Letters」に掲載された新しい研究によると、
海中で最も深いマリアナ海溝を含む地球の海溝に生息する甲殻類の筋肉組織から、
核実験による放射性炭素を初めて証明した。

海洋表層の生物は、1950年代後半からこの「爆弾炭素」を自分たちの体を構成する分子に組み込んでいる。
今回の研究では、深海の海溝に生息する甲殻類が、
これらの生物の有機物が海底に落下した際に、
それを食べていることが判明した。
この結果は、人間の汚染が食物網に素早く入り込み、
深海まで到達することを示していると、
この研究の著者は述べている。

中国科学院（広州）の地球化学者で、
新しい研究の主執筆者であるNing Wang氏は、
「海洋循環は、爆弾（炭素）を含む水を海溝の最深部に運ぶのに数百年かかるが、
食物連鎖はもっと早くこれを達成する」と述べている。

「生物学的システムという点では、表層と底層の間には非常に強い相互作用があり、
人間の活動は11,000m下でも生物系に影響を与える可能性があるので、
今後の行動には注意が必要です。」と、
中国青島の中国科学院の地球化学者で、
新しい研究の共著者であるWeidong Sunは言いました。
「予想外ですが、食物連鎖によってコントロールされているので理解できます。」

また、この結果は、深海の栄養の乏しい環境に生物がどのように適応して生きてきたかを
科学者がより理解するのに役立つという。

研究対象となった甲殻類は、代謝が極めて遅いため、
予想外に長い時間生きている。
これは、この貧しく過酷な環境で生きるための適応ではないかと、著者らは考えている。

放射性粒子を作る

炭素14は、宇宙線が大気中の窒素と相互作用して自然に生成される放射性炭素です。
炭素14は非放射性炭素に比べてはるかに少ないが、
科学者はほぼすべての生物から検出でき、
考古学や地質学的試料の年代を決定するのに使用できる。

1950年代から1960年代にかけて行われた熱核実験により、
爆弾から放出された中性子が空気中の窒素と反応し、
大気中の炭素14の量が2倍に増加した。

この「爆弾炭素」の濃度は1960年代半ばにピークを迎え、
その後、大気圏内核実験が中止されると低下しました。1990年代には、大気中の炭素14の濃度は実験前の20％程度まで低下しました。

この爆弾炭素はすぐに大気圏外に放出され、
海面に混入した。この時から数十年の間に生息した海洋生物は、
爆弾炭素を利用して細胞内の分子を作り、
科学者は、爆弾実験が始まった直後から海洋生物中の炭素14のレベルが上昇していることを確認しています。

海の底の生活

海底の深さが6km以上ある海域が、ハダル海溝です。
この海溝は、ある構造プレートが別の構造プレートの下に沈み込んでできたものです。
この海溝に生息する生物は、強い圧力、極寒、光と栄養の不足に適応しなければなりませんでした。

新しい研究では、研究者たちは、
ハダル海溝の有機物のトレーサーとして爆弾炭素を使用し、
そこに生息する生物をよりよく理解したいと考えました。

Wang氏らは、2017年に熱帯西太平洋のマリアナ海溝、ムサウ海溝、ニューブリテン海溝から、
水面下11キロメートルまで採取した両脚類を分析しました。

両脚類は、海に生息する小型甲殻類の一種で、
死んだ生物を漁ったり、海のデトリタスを食べたりすることで食料を得る。

驚いたことに、両脚類の筋肉組織の炭素14レベルは、
深海に存在する有機物中の炭素14レベルよりもはるかに高いことがわかったのです。

さらに、両脚類の腸の内容物を分析したところ、
太平洋の表層から採取した有機物から推定される炭素14濃度と一致したのです。

このことから、両脚類は海底に落ちた海面のデトリタスを選択的に食べていることがわかりました。

深海環境へ適応する

今回の発見により、ハダル溝に生息する生物の寿命や、この特異な環境にどのように適応してきたかについて、より深く理解することができるようになりました。

興味深いことに、この海溝に住む両生類は、
浅い海に住む両生類よりも大きく成長し、
長生きすることがわかりました。

浅瀬に生息する両生類は通常2年未満しか生きられず、平均体長は20ミリメートル程度に成長する。
しかし、深海の海溝では、10年以上生きて、
体長91ミリに成長した両生類を発見したのです。

両生類の大型化と長寿は、低温、高圧、限られた食料供給という環境下で生きるために進化した副産物であろうと研究者は推測しています。

また、両生類は代謝が遅く、細胞の入れ替わりが少ないため、
長期間にわたってエネルギーを蓄えることができるのではないかと考えています。

また、寿命が長いことから、汚染物質がこのような珍しい生物に生物濃縮される可能性も示唆されている。

「また、経年変化による生物濃縮も汚染物質濃度を高め、最も遠隔地にある生態系にさらなる脅威をもたらします」とWangは述べています。

新しい研究は、深海トレンチが人間活動から隔離されていないことを示している、
と新しい研究に関与していないミシガン大学の地球環境科学准教授であるRose Coryは電子メールで述べた。

この研究は、「爆弾」炭素を使用することで、
科学者が最も離れた深海にある人間活動の痕跡を検出できることを示している、と彼女は付け加えた。

また、著者らは「爆弾」炭素を用いて、
これらの生物の主な餌が、近くの堆積物から堆積した、よりローカルな炭素源ではなく、
表層海洋で生成された炭素であることを示しました、
とCoryは述べています。

また、この新しい研究は、深い海溝に生息する両脚類が、
深い海溝の厳しい環境に適応していることを示唆していると、彼女は付け加えた。

コーリーは、「ここで本当に斬新なのは、表層海の炭素が比較的短い時間スケールで深海に到達することだけではなく、
表層海で生成された『若い』炭素が、深い海溝の生命の燃料となったり、
生命を維持したりしているということです」と述べている。

2019年5月

アメリカ地球物理学連合