海洋プランクトンが語る、海の健康、そして人類の長い物語
海洋プランクトンが語る、海の健康、そして人類の長い物語
https://www.sciencedaily.com/releases/2023/01/230106144455.htm
日付
2023年1月6日
発表者
カリフォルニア大学サンディエゴ校
概要
海洋プランクトンに蓄積される人為的な化学物質のレベルが上昇していることから、生態系の健全性に対する人間活動の影響を監視し、海洋汚染と陸上の小児および成人慢性疾患の発生率との関連を研究するために利用できるかもしれないと、研究者らは示唆している。
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記事全文
カリフォルニア大学サンディエゴ校医学部の研究者らは、ほぼ1世紀にわたって実施されてきた海洋プランクトン調査のサンプルを用いて、世界の海の一部で見られる人為的化学物質の濃度上昇は、生態系の健康に対する人間活動の影響を監視するために利用できるかもしれないこと、そしていつの日か、海洋汚染と小児および成人の慢性疾患の陸上比率との関連を調査するために利用できるかもしれないことを示唆しています。
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この研究結果は、Science of the Total Environment誌の2023年1月6日号に掲載されている。
"これは、連続プランクトン記録装置（CPR）調査からのプランクトンのアーカイブサンプルを使用して、空間と時間にわたる海洋汚染の歴史的傾向を再構築することの実現可能性をテストするためのパイロット研究でした "と、シニアオーサーロバートKナヴィアオ、MD、PHD、UCサンディエゴ医科大学の内科、小児科、病理学科の教授は述べています。「1980年代以降、世界中で小児および成人の慢性疾患が驚くほど増加していることが、この新しい手法の探究の動機となりました。
「最近の研究では、海洋汚染と人間の健康との間に密接な関係があることが強調されています。この研究では、次のような疑問を投げかけました。プランクトンのエクスポソーム（一生の間に受けるすべての被ばく量の指標）の変化は、生態系や漁業の健全性と相関しているのか？
「また、2つ目の疑問も解決したいと考えました。プランクトンに含まれる人為的な化学物質は、小児および成人病の原因となりうる地球化学圏の変化を測定するバロメーターとして利用できるのか？言い換えれば、プランクトンは回転が速く、汚染に敏感であるため、海洋版炭鉱のカナリアと言えるのではないかという仮説を検証したかったのです」。
英国に本拠を置くCPRサーベイは、世界で最も長く続き、最も広範囲な地理的海洋生態系調査である。1931年以来、約300隻の船がプランクトンや環境測定用のサンプリング装置を牽引し、世界中の海、地中海、バルト海、北海、淡水湖で720万マイル以上移動してきました。
海洋プランクトンは、軟体動物から魚類、クジラまで、多くの水生生物の栄養源となる多様で小さな生物の集合体であり、その健康状態を記録し、監視することを目的としています。
「海洋プランクトンは、すべての海洋生態系に存在します」と、この研究の共著者であるソニア・バッテン博士（前太平洋CPRコーディネーター、現北太平洋海洋科学機構事務局長）は言う。「プランクトンは食物網の基盤となる複雑な群集を形成し、海洋の健全性とバランスを維持する上で不可欠な役割を担っています。プランクトンは一般的に短命で、環境の変化に非常に敏感です。"
Naviauxと、Naviauxの研究室のプロジェクトサイエンティストである共同責任著者Kefeng Li, PhDらは、2002年から2020年の間に北太平洋の異なる3地点から異なる時期に採取したプランクトン標本を評価し、その後、医薬品、工業化学物質などの残留性有機汚染物質（POPs）、殺虫剤、フタル酸塩や可塑剤（プラスチック由来の化学物質）、パーソナルケア製品などの、異なる人造化学物質に暴露されているかを様々な技術を使って評価しました。
研究者によると、これらの汚染物質の多くは過去20年間で減少しているが、一様にではなく、しばしば複雑な形で減少しているという。例えば、レガシーPOPsと一般的な抗生物質であるアモキシシリンの濃度は、過去20年間に北太平洋で広く減少していることが分析から示唆されている。これは、おそらく米国とカナダにおける連邦政府の規制強化や抗生物質の使用量全体の減少が一因だが、ロシアと中国では同時に使用量が増加しており、この発見は混乱した。
最も汚染されたサンプルは、人間の活動に最も近く、陸上流出や養殖などの現象が起こる近海で採取されたものであった。これらの場所では、近海に生息するプランクトンからより多くの化学物質が検出され、その数も多かった。
著者らは、このパイロットプロジェクトが、プランクトンのエクスポソームと捕食者-被食者関係、漁業への影響との相関関係を調べるための追跡調査への道筋を示していると述べている。
「乳幼児死亡率、自閉症、喘息、糖尿病、認知症など、近隣の人間集団における重要な医学的傾向とプランクトンエクスポゾームが相関しているか、またどのように相関しているかを検証するために、疫学者や海洋生態学者による追跡調査が必要です」と、Naviauxは述べています。
Naviauxは、今回の発見が、細胞危険反応（CDR）の段階が持続して慢性的な症状を引き起こす多くの慢性疾患の性質を説明する新しい手がかりになることを指摘した。
Naviaux教授らは10年以上前から、自閉症スペクトラム障害のような神経発達障害やALSのような神経変性疾患からがんや大うつ病まで、多くの疾患や慢性病が、少なくとも部分的にはCDRとして特徴づけられる不完全な治癒をもたらす代謝機能障害の結果であるというデータが蓄積していると仮定してきた。
ナヴィアウは、代謝機能障害や慢性疾患をもたらす環境因子によってCDRがどのように影響を受けるかなど、このテーマについて幅広く発表している。
「CDRの目的は、細胞が膜を硬化させ、近隣の細胞との相互作用を減少・変化させ、危険が去るまでエネルギーとリソースを防御のために振り向けさせることによって、細胞を保護し、損傷後の治癒プロセスをジャンプスタートさせることです」とナヴィアオは述べています。
「しかし、時にCDRは立ち往生してしまうことがあります。これが自然治癒サイクルの完了を妨げ、細胞が世界に対応する方法を変化させるのです。このような場合、細胞は、傷害や脅威の元々の原因が去ったにもかかわらず、あたかもまだ傷害や危険が差し迫っているかのように振る舞う。私たちは、多くの種類の環境化学物質、外傷、感染症、その他のストレスが、治癒サイクルの完了を遅らせたり妨げたりすることを発見しました。これが起こると、慢性疾患の症状につながるのです。
"CDRは、ミトコンドリアと細胞から始まる全身的なプロセスです。ミトコンドリアは細胞内の小器官で、細胞とその周囲の化学反応を常に監視しているバイオセンティネルの役割を担っています。ミトコンドリアは、エネルギーと運動、自然免疫、マイクロバイオームの健康状態の調整、損傷後の組織修復に必要なビルディングブロックを作るために必要な代謝活動を制御しています。"
海洋プランクトンの研究で、Naviauxと共著者は、プランクトンのエクスポソームで、パーフルオロアルキル物質(包装から衣類、調理器具まで、様々な日用品で耐水性を高めるために一般的に使用されている化学物質)が顕著であることを発見しました。
この物質は、ミトコンドリアタンパク質の一部を阻害することが知られており、その中には、コルチゾール代謝や生物のストレスに対する反応を制御するのに重要な酵素が含まれている。その他の化学物質としては、プラスチックやローション、シャンプーなどのパーソナルケア製品に含まれるフタル酸エステル類が検出されました。フタル酸エステルは内分泌撹乱化学物質で、20年以上前からプランクトンのエクスポソームで増加しており、ミトコンドリアに対して直接・間接的に影響を及ぼしています。
ナヴィオは、「プランクトンは、化学物質の曝露量に反応して、自らのミトコンドリアを変化させ、その生態を変化させているのです」と述べ、「人間も同様だと私は主張します。世界中の研究グループが私たちの方法を使うことで、生態系の健康と人間の健康との結びつきが強まり、過去1世紀にわたって人間の化学物質の足跡がどのように変化したかを監視する新しいツールを提供できるようになればと願っています。
"もし、関連性が十分に高いことがわかれば、将来、世界中の観測地点から得られるプランクトンエクスポゾミクスが、人間の病気につながる汚染の追跡と抑制に利用されるかもしれません。"
共著者は以下の通り。カリフォルニア大学サンディエゴ校のJane C. Naviaux、Sai Sachin Lingampelly、Lin Wang、Jonathan M. Monk、Marine Biological AssociationのClaire M. Taylor、Clare Ostle。
本研究の資金は、北太平洋研究委員会、ガルフウォッチ・アラスカを通じたエクソン・バルディーズ油流出事故評議会、カナダ漁業海洋省、海洋生物学会からなる北太平洋海洋科学機構、カリフォルニア大学サンディエゴ校クリスティーニ基金、レノックス基金を通じて、コンソーシアムから一部提供されています。
ストーリーソース
資料提供：University of California - San Diego。原文はScott LaFeeが執筆しました。注：内容はスタイルと長さのために編集されている場合があります。
雑誌の参考文献
Kefeng Li, Jane C. Naviaux, Sai Sachin Lingampelly, Lin Wang, Jonathan M. Monk, Claire M. Taylor, Clare Ostle, Sonia Batten, Robert K. Naviaux. このような状況下において、「環境問題への取り組み」は、「環境問題への取り組み」と「環境問題の解決」を両立させ、「環境問題への取り組み」を「環境問題への取り組み」と「環境問題への取り組み」の両輪とすることが重要である。サイエンス・オブ・ザ・トータル・エンバイロメント、2022; 161222 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.161222
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カリフォルニア大学サンディエゴ校 "海洋プランクトンが語る海の健康の長い物語、そして多分人間も。" ScienceDaily. サイエンスデイリー、2023年1月6日。<www.sciencedaily.com/releases/2023/01/230106144455.htm>.
連続プランクトン記録計のアーカイブ試料を用いた北太平洋の汚染動向の歴史的バイオモニタリング
著者リンク オーバーレイパネルを開くKefengLiabRobert K.Naviauxabcd
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.161222
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ハイライト
本研究は、海洋汚染モニタリングのためのアーカイブスプランクトン試料の利用を報告するものである。
連続プランクトン記録計（CPR）調査によるサンプルを分析した。
数十種類の人為起源化学物質が時空間的に明確な傾向を示した。
パーソナルケア製品やプラスチックに由来するフタル酸エステル類は、2002 年から 2020 年にかけて増加した。
人間の居住地に最も近いプランクトンは、より複雑な曝露経路を有していた。
概要
1931年に開始された連続プランクトン記録計（CPR）調査は、世界で最も長く継続し、地理的に最も広範な海洋プランクトンサンプリングプログラムである。このパイロット研究では、北太平洋のCPRサンプルのアーカイブを用いて、海洋汚染の時空間的傾向をバイオモニタリングすることの可能性を調査する。2002年から2020年の間に北太平洋の3カ所（ブリティッシュ・コロンビア棚、アラスカ湾北部、アリューシャン棚）から採取された標本を選択した。液体およびガスクロマトグラフとタンデム質量分析計（LC-MS/MSおよびGC-MS/MS）を用いて、プランクトンの化学的エクスポソームの包括的なプロファイリングを実施した。その結果、フタル酸エステル、可塑剤、残留性有機汚染物質（POPs）、農薬、医薬品、パーソナルケア製品がプランクトンエクスポソームに存在し、これらの汚染物質の多くは過去20年間で量が減少しており、リン酸トリブチルが最も顕著であることが示された。また、プランクトンエクスポゾームは地域の人間活動によって大きく異なり、最も汚染されたサンプルは近海にあるものであった。また、エクスポソーム全体の関連性解析により、環境汚染物質の生物濃縮は、異なるプランクトン分類群のバイオマス量と高い相関があることが明らかになった。本研究は、CPR調査のアーカイブサンプルのエクスポソーム解析が、海洋環境における環境汚染物質の空間的・時間的傾向の長期的バイオモニタリングに有効であることを示している。