海に漂うプランクトンはどう進化するのか ――空気からの窒素が代謝と種分化に影響――

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2026-04-23 東京大学

東京大学の研究グループは、外洋に生息する動物プランクトン(カイアシ類 Pleuromamma xiphias)を対象に、栄養供給の違いが代謝と進化に与える影響を解明した。大気由来の窒素を取り込む窒素固定が活発な海域では、窒素とリンをバランスよく排出する一方、窒素固定が低い海域では窒素排出を抑える「窒素節約型」代謝を示した。さらに、この代謝差は遺伝的に異なる系統と対応し、物理的障壁のない外洋でも進化的分化が生じることを実証した。本研究は、栄養の量ではなく供給の流れが生理と進化を同時に規定することを示し、海洋の栄養循環や生態系理解の再考、気候変動による生物多様性への影響予測に重要な知見を提供する。

海に漂うプランクトンはどう進化するのか ――空気からの窒素が代謝と種分化に影響――
図1:北太平洋におけるカイアシ類Pleuromamma xiphiasの遺伝的分化と生理特性。

<関連情報>

フラックス駆動型進化:窒素固定は、外洋性カイアシ類における対照的な化学量論的戦略と遺伝的系統の根底にある Flux-driven evolution: Nitrogen fixation underlies contrasting stoichiometric strategies and genetic lineages in an open-ocean copepod

Kazutaka Takahashi, Fuminori Hashihama, Mitsuhide Sato, Takuhei Shiozaki, Sachiko Horii, Junya Hirai
Limnology and Oceanography  Published: 23 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/lno.70377

Abstract

Variability in nutrient supply is a defining feature of oligotrophic oceans, yet how nutrient fluxes shape consumer physiology and population structure remains poorly resolved. Here, we examine how diazotrophic nitrogen fixation relates to stoichiometric metabolism and genetic structure in the widespread pelagic copepod Pleuromamma xiphias across the subtropical North Pacific. Using in situ excretion assays, body elemental composition, and genome-wide single-nucleotide polymorphism analyses, we show that individuals inhabiting regions of high nitrogen fixation excrete nitrogen and phosphorus in near-Redfield proportions (N : P ≈ 18) and maintain higher body nitrogen and carbon contents. In contrast, copepods from regions with low nitrogen fixation exhibit strongly nitrogen-sparing excretion (N : P ≈ 7.5) and reduced body elemental contents. These contrasting stoichiometric phenotypes align closely with two genetically distinct lineages, indicating that spatial variation in nitrogen flux is associated with coordinated physiological and population-level divergence. Our results demonstrate that diazotrophic nitrogen supply can structure zooplankton-mediated nutrient regeneration and population differentiation, with implications for nutrient cycling and ecosystem functioning in oligotrophic oceans.

生物環境工学
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