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第９回　生物の働きについて

配付プリント等

• 内容：生物の働きについて。
• 配布プリント：2種：
  1）「4　生態系とその特徴」…『地球生態学』（77-107p）
  2）「生物・生態に関するデータ」…『環境年表2004/2005』（244-258p）
• 紹介した参考図書：
  �@和田英太郎（2002）：地球生態学．
  　　　岩波書店による環境学入門全12巻の中の１冊。
  �A茅　陽一（監修）オーム社（編）（2003）：環境年表 2004/2005．
  　　　環境学関係の図表集の１つ。これが類書の中で１番内容的に優れていると思われる。隔年刊。これ以降は刊行されていない。

補足説明

全般	地球科学用語については『地球科学用語集』のページを参照。 単位については『単位について』のページを参照。 地質年代については『地質年代表』のページを参照。

• 生物圏については『生物圏について』のページを参照。
• 生態系は『生態系とは』のページを参照。
• 『ミッシングシンク』問題についてはJanJan Blogの『温暖化いろいろ』の『ミッシングシンクはいつなくなったか？』を参照してください（ウィキペディアによる『地球温暖化に対する懐疑論』も参照）。
• ※フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』で主な項目について調べることができます。
  ■生物（Organism）／Category:生物（Category:Organisms）／生物学（Biology）／Category:生物学（Category:Biology）／生物圏（Biosphere）／
  ■生態系（Ecosystem）／Category:生態系（Category:Ecosystems）／生態学（Ecology）／Category:生態学（Category:Ecology）／食物連鎖（Food chain）／土壌食物網（Soil food web）／生物ポンプ（Biological pump）／レッドフィールド比（Redfield ratio）／
  ■エコロジー（Ecology movement）／環境主義（Environmentalism）／Category:環境思想（Category:Environmentalism）／
  ■生物の分類（Biological classification）／種 (分類学)（Species）／種名／ドメイン (分類学)（Domain (biology)）／五界説（Five-Kingdom System）／Category:分類学（Category:Taxonomy）／分類学（Taxonomy）／
  ■基礎生産（Primary production）／遷移 (生物学)（Ecological succession）／
  ■暖かさの指数／ケッペンの気候区分（Koppen（oの頭に¨） climate classification）／
  ■光合成（Photosynthesis）／Category:光合成（Category:Photosynthesis）／カルビン回路（Calvin cycle）／C4型光合成（C4 carbon fixation）／
• 種（species）⇒属（genus）⇒科（family）⇒目（order）⇒綱（class）⇒門（phylum）⇒界（kingdom）⇒ドメイン（domain）

【生物の進化系統樹】
　約40億年前に誕生した生物（Organism、Life on Earth）は、6億年前頃に大きな進化（Evolution）を遂げ、4億年前頃に陸上に進出した後に今日に至る進化を完成させた。現在の生物および化石（Fossil）の研究から、生物の進化に基づいた大分類（Biological Classification）が行われてきた。それは、2界説（2 Kingdoms System）から5界説（5 Kingdoms System）へと発展し、現在では遺伝子解析（DNA解析）に基づいた系統分類（Phylogenetic Axonomy of 16S Ribosomal RNA,）により3ドメイン説〔Three-Domain System：真正細菌ドメイン（Bacteria Domain）−古細菌ドメイン（Archaea Domain）−真核生物ドメイン（Eukaryote Domain）〕が提案されている。

• 生物の五界（リンクはウィキペディア）

  多細胞真核生物	植物界	光合成有機物生産（生産者）
  	菌類界	有機物分解還元（分解者）
  	動物界	有機物消費（消費者）
  単細胞真核生物	原生生物界
  単細胞原核生物	モネラ界

• 生物界の認識の変遷
  Whittakerの5界説	Margulisの5界説
  〔筑波大学生物科学系植物系統分類学研究室による藻類画像データの中の『五界説と藻類』から〕

• 東京薬科大学細胞機能学研究室の地球最古の生命からナノテクノロジーへの中の『全生物の進化系統樹』から DNA解析に基づく最新の3ドメイン説（Three-Domain System）。

【生物の種数】
　研究されているものは約１７５万種（Species）であるが、存在することが予想されているものは１４００万種に近い。熱帯雨林（Tropical Rainforest）などに多くの未知の種が存在すると考えられている。

• 表１ 既知の種の数と推測されている主種の総数（単位1,000） グルーブ（*） 既知の種の数 推定総数 既知/推定 Viruses（ウィルス） 4 400 1.0％ Bacteria（細菌） 4 1,000 0.4％ Fungi（菌類） 72 1,500 4.8％ Protozoa（原生動物） 40 200 20.0％ Algae（藻類） 40 400 10.0％ Plants（植物） 270 320 84.4％ Nematodes（線形動物） 25 400 62.5％ Crustaceans（甲殻類） 40 150 26.7％ Arachnids（クモ類） 75 750 10.0％ Insects（昆虫類） 950 8,000 11.9％ Molluscus（軟体動物）　　　c. 70 200 35.0％ Vertebrates（脊椎動物） 45 50 90.0％ Others （その他） 115 250 46.0％ Totals（合計） 1,750 13,620 12.8％ 注（*）　おおまかなグループ分けであり生物分類学にいう分類群ではない。 出典 　　Watson, R.T., Heywood, V.H., Baste,I., Dias,B., Gamez,R., Janetos, T.Reid, W., and Ruark, G.(edts.)Global Biodiversity Assessment-Sumary for Policy-Makers, Cambridge University Press（1995） 〔国立遺伝学研究所生命情報研究センターの菅原秀明氏による生物系研究資材は戦略的情報資源であるの中の『１．はじめに‐生物多様性の世紀へ』から〕

【一次生産と二次生産】

• 配付プリント〔「生物・生態に関するデータ」…『環境年表2004/2005』（244-258p）〕から
  

  	植物		動物
  	一次生産 （Gt／年）	生物量 （Gt）	一次生産 （Gt／年）	生物量 （Gt）
  陸	115	1837	0.9	1.0
  海	55	3.9	3.0	1.0
  合計	170	1841	3.9	2.0
  Gt（ギガトン）は10億（＝109）トン。

参考

【太陽光の透過状態と光合成化合物】
　太陽光（Sunlight）を利用して〔二酸化炭素（Carbon Dioxide）と水（Water）を用いて〕光合成（Photosynthesis）を行う生物（主に植物）を中心とした生物群が進化によって誕生した。つまり、太陽光のエネルギーが必要かつ重要である。太陽光は主に可視光（Visible Spectrum、Visible Light）からなるが、波長（Wavelength）の違いに対応した光合成産物の種類と量の違いが知られている。

• 太陽放射と地球放射
  〔Seafriends Marine Conservation and Education Centreによるseafriendsの『oceanography』の中の『Oceanography - currents』から〕

【森林分布】
　光合成による生産量である一次生産（基礎生産、Primary Productivity）は、陸では熱帯林〔Tropical Forest：とくに熱帯雨林（Tropical Rainforest）〕によるものがもっとも多く、海ではプランクトン（Plankton）によるものが多いと見積られている。
　その陸における森林分布関連のデータを示す。

• Global map This global map was assembled from the regional data used throughout this study. However, the forest type classification has been simplified for easier interpretation and the sparser forests were eliminated from the coverage. 〔UNEP-WCMCによる『Forests』の中の『Forest Information Service』の『A Global Overview of Forest Conservation』の『Global Overview』の『Global forests map』から〕 赤道付近の熱帯林（熱帯雨林）と北半球高緯度地帯の北方林〔Boreal Forest、Taiga：針葉樹（Conifer；Pinales、Coniferales）〕の分布が広い

• Map showing world distribution of rainforests 〔MONGABAY.COMの『RAINFORESTS』の中の『Section 1: TROPICAL RAINFORESTS OF THE WORLD』から〕 大規模な熱帯雨林は３地域に集まっている。南アメリカ（South America）の北部、アフリカ中央部（Sub-Saharan Africa）、東南アジア（Southeast Asia）である。

• 〔（財）地球・人間環境フォーラムの中の森林と環境のページの『図とデータでみる世界の森林』から〕

• 世界の群系（Biome）の分布（Walter, 1968）　出典：植生地理学（林一六、平成2年） 1：熱帯多雨林、 2：熱帯・亜熱帯の半常緑樹林、 2a：熱帯・亜熱帯のサバンナ・低木林など、 3：熱帯・亜熱帯の砂漠・半砂漠、 4：冬雨地帯の半緑硬葉樹林、 5：暖温帯常緑広葉樹林、 6：冷温帯夏緑広葉樹林、 7：温帯草原（ステップ、プレーリー、パンパ）、 7a：寒冷な冬をもつ砂漠・半砂漠（チベットを含む）、 8：北半球の北方針葉樹林（タイガ）、 9：ツンドラ、 10：アルプスなどの高山植生	世界の主要な植生型（群系）と気候の関係（ホイッタカーの原図を部分修正） （出典：日本の植生図鑑＜�T＞森林，中西哲他，昭和58年）
  〔環境省自然環境局の生物多様性センターの『生物多様性情報システム』の『自然環境保全基礎調査』の中の『植生自然度調査/植生調査』の『植生図について』から〕

【光合成による生産が分解に勝る深度と太陽光が透過する深度】
　海におけるプランクトンによる光合成のためには太陽光が必要である。とくに深度に対する太陽光の強度を示す。

• 〔WMU Department of Geosciencesの中のページから〕 補償深度（Compensation Depth）：自身の呼吸に必要な有機物を生産するのに必要な光の届く水深。補償深度は生物によって異なっているが、海面が受ける光の0.1〜1％の光の届く層であることが多く、表層の光の1％が到達する深さは透明度を2.7倍して求められることが経験的に知られている。貧栄養な熱帯の外洋では透明度が40mにもなることがあり、光が深くまで到達して補償深度は百数十メートルになるが、赤潮の発生しているような沿岸や内湾では１メートルにも満たないこともある。 真光層（Euphotic Zone）：海面から補償深度までの層。真光層内では生物の生産と分解が活発に起こっているが、収支としては生産が勝っている。 有光層（Photic Zone）：生物の感光限界までの深さを指し、海表面が受ける光の1億分の1％程度までの深さになる。海は、表面に近いほうから深い方に向かって、真光層・透光層（Disphotic Zone）・無光層（Aphotic Zone）の順で並んでいる。真光層と透光層を合わせたものが、有光層になる。 〔海洋深層水利用学会（DOWAS）の『用語解説』の『真光層(euphotic layer)と補償深度(compensation depth)』から部分引用〕

• 〔Kurt Hollocher氏による『Illustration gallery』から〕

  
  

  図14.2　水中における日射量の透過率（横軸）と水深（縦軸）の関係。 （Kondo, et al., 1979; 水環境の気象学、p.163, 式7.3、より転載） 〔近藤純正ホームページの『身近な気象』の『M14．境界層の日変化（Q&A）』から〕

【一次生産】
　太陽光を利用した光合成（Photosynthesis）による生産を一次生産（基礎生産、Primary Productivity）と呼ぶ〔正確には、無機反応により生産された有機物量であるが、実質的には光合成による場合が大半である：呼吸による消費を除いた量は純一次生産（Net Primary Productivity）と呼ばれる〕。

• 図3．クロロフィル（Chlorophyll）量と一次生産の検証の模式図。通常、クロロフィル量は深度によって異なります。一次生産は、クロロフィル量、光強度、水温、栄養塩によって支配されているので、これらの因子の水深による変化を推定する必要があります。生成された有機物の一部は沈降粒子となって下方に除去されます。 〔科学技術振興調整費総合研究「炭素循環に関するグローバルマッピングとその高度化に関する国際共同研究」−地球表層の炭素循環メカニズムと衛星画像との接点−から〕

  
  

  NASA Satellites Measure Earth’s Metabolism 〔NASA earth observatoryの『News』の『New Images』の中の『NASA Satellites Measure Earth’s Metabolism』から〕

• Comparison of NPP（Net Primary Productivity） among biomes and habitats 〔Jay Pitocchelli氏によるEcology - Population Ecology, Community Ecology, Ecosystems and the Biosphere　General Biology BI 04 Summer School Lecture Notesから〕