海洋データを可視化し、植物プランクトンの長期変化を表現

植物プランクトンは、水生生態系における食物網の基盤となる一次生産者である^1,2。植物プランクトンモニタリングプログラムは、海洋生態系の現在および将来の変化を特定するための鍵となりますが、そのサポートは時間の経過とともに減少しています³。植物プランクトンは、世代時間が比較的短く、移動性が限られているため、気候変動に特に敏感であり、時系列モニタリングの重要なツールとなっています。植物プランクトンの時系列は、生態系ベースの資源利用可能性の管理に情報を提供し、海洋^{熱波などの}一時的な事象のコンテキストを提供する上でも重要です4。短期時系列は、年単位で、植物プランクトン群集の継承と季節動態に関する洞察を与える(例えば、文献^5,6)が、バミューダ大西洋時系列(BATS)やハワイ海洋時系列(HOTS)プログラムなどの長期時系列は、20年以上にわたり、長期的な傾向の検出を可能にする^7,8.このような研究は、ダイナミックな海洋環境における長期的な生態系の変化を完全に理解するために、高度に分解された植物プランクトン記録の利点と重要性を示しています。また、肉眼では見ることのできない植物プランクトンのこうした変化を可視化して伝えることは、魚類やクジラのような大型で容易に見える生物よりも理解が困難です。コンピュータによる可視化は、複雑なデータセットを探索する手法を提供し⁹、改良された説明的なグラフィックが容易に利用できるようになってきている(例えば、メリーランド大学環境科学センターのIntegration and Application Network)。しかし、植物プランクトン生態学のほとんどの研究は、ここで参照されている多くの研究を含め、依然として結果をデータグラフとしてしか提示しておらず、一般の聴衆へのアクセスが低くなっています。植物プランクトンがほとんどの海洋システムにおける食物網の基盤であることを考えると、沿岸海域に生息する約24億人の人々に植物プランクトンの重要性を伝えることは非常に重要です¹⁰。本研究では、植物プランクトンモニタリングプログラムによって収集された植物プランクトンの多様性と大きさを可視化することを目的としたプロトコルを開発しました。

ナラガンセット湾プランクトン時系列(NBPTS)は、植物プランクトンの豊富さ、季節性、およびフェノロジー(生活史)に対する気候コンテキスト内の地球変動の影響に関する長期的な60 +年(1959-現在)の視点を提供します。ナラガンセット湾(NBay)は、米国北東部棚と北西大西洋のより広いシステムに接続されている沿岸河口であり、その生産は米国沿岸の漁業と人間の利用に重要な意味を持っています¹¹。NBayは、この地域で長期的(1950-2015年)の温暖化、栄養素の変化、水の透明度の増加を経験する非常に季節的なシステムと考えられています^12,13。さらに、植物プランクトンバイオマスの減少は、溶存無機窒素の人為的な減少に関連してNBay上部で発生しており、これは廃水処理プラントのアップグレードに部分的に起因しています¹²。植物プランクトン分類群、特に有害な藻類ブルーム(HAB)の変化もNBayで起こっています。米国西海岸の湧昇流域で広範囲に有毒なブルームを発生させる偽ニッツキア属菌は、2016年と2017年にNBayの歴史上初めて顕著な貝類の閉鎖を引き起こしました14,15,16。これらの変化を多様な聴衆に伝えることは、科学リテラシーを高め、植物プランクトンモニタリング研究の継続的な支援を促進するために重要です。

本プロジェクトでは、NBayの植物プランクトンの顕微鏡画像とNBPTSから合成されたデータを用いて、NBayで起きている植物プランクトンの分類群やバイオマスの文字通りの変化を可視化し、植物プランクトンの重要性を一般の人々に伝え、高めることを目標としました。NBPTSは、(https://web.uri.edu/gso/research/plankton/)からのデータを活用するために、60 +年の公開されている毎週の植物プランクトン数とバイオマスを提供します。最終成果物は、時系列データ(植物プランクトンのバイオマスと分類群、気温など)を代表するプランクトンのパターンを描いた大きな壁画でした。この手法は、世界中の他の多くのプランクトン時系列に利用できる可視化手法であり、短期的な季節データを用いたモニタリングプログラムにも適用できます。このプロトコルを実装することの利点には、データの視覚化、科学コミュニケーション、教育、および地域社会との関わりにおける取り組みの増加が含まれます。