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# System prepended metadata

title: '[Copepod Grazing Influences Diatom Aggregation and Particle Dynamics'

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2020年5月29日(金)論文紹介ゼミ
# [Copepod Grazing Influences Diatom Aggregation and Particle Dynamics
](https://pdfs.semanticscholar.org/dbbd/8b1c4f6e3a9d7853ed62f658b16144237128.pdf?_ga=2.153609528.146058695.1606635395-1174994900.1595995353)

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# なぜこの論文を選んだか
1990年代から、1 cmを超える凝集体について報告例があるが、近年の報告ではあまり例がない。
1. 表層の風起因の乱流やDifferencial sedimentationでセンチメートルスケールの凝集体は形成されない。→何かしらの、衝突を促す過程が存在するはず
2. 中・深層での凝集体の崩壊、内部波でも難しい→何かしらの、崩壊を促す過程が存在するはず

本研究は、動物プランクトン起因の凝集体形成と崩壊について、ラボ内実験の結果を用いて議論している

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# イントロダクション
　珪藻は生物ポンプにおいて重要な役割を果たしている。炭素隔離には混合層に形成された大きくて速い沈降粒子のみが貢献。水深4000 mでも、生きた浮遊細胞がみられた。→単一の細胞がその深度まで到達することはない。→凝集体を介して深度まで到達し、未知のプロセスで崩壊した可能性。2004年、Stemmannによる観測で、微生物活動と動物プランクトンの摂餌をその可能性として提案された。動物プランクトンはfecal pelletの生産を介して炭素輸出への重要な貢献者となっている。
　↔
 粒子フラックスを減衰させる可能性。
 大型のオキアミは遊泳による凝集体を崩壊することが実証されている。餌にもなる。OstracodsやCladocerans, ascidian larvaeやカイアシ類は、凝集体内部の原核生物群集を餌とする、あるいは凝集体マトリックス自体を餌とする。凝集体の炭素バイオマスの20 ~70 %は、このコロナいざーが有光層下に沈んでいく間に分解される可能性がある。
凝集体上でのカイアシによるgrazingを調査した研究では、粒子の炭素フラックスが減衰することが実証された。

直接の


## Materials and Methods
### Experimental Set-Up
#### 2種類の培養実験
1. カイアシの活動が凝集速度を促すか、そして沈降速度や凝集体の組成に影響を及ぼすかを確かめる (Experiments 1-3)
2. Grazing pressureの下で、凝集体の量、サイズ、沈降速度と組成が変化するかをモニターする (Experiments 4-8)
> ![](https://i.imgur.com/tRFqw4I.jpg)
> Figure 1. Experimental design. (Left) Copepod grazing experiments on free diatom cells (Experiments 1–3). (Right) Copepod grazing experiments on diatom aggregates (Experiments 4–8). Photo on the right corresponds to in situ floating Melosira sp. aggregates between the ice packs, taken from the deck of the NGCC Amundsen at about 15 m distance.

#### Phytoplankton Cultures
Skeletonema marinoi と Chaetoceros neogracileの培養株。
20 ℃。pHは7.5-7.9に。

#### Aggregate Preparation From Diatom Cultures and in situ Aggregate Collection
実験4-8のため、ラボ内で凝集体を作成。珪藻の培養が定常状態となった時、1 umでろ過した紫外線滅菌海水で満たしたローリングタンクにサンプル2 Lを入れて希釈。18 ℃で12:12hの光周期で2-10日間保持し、3 rpmで回転させ細胞の衝突と凝集を促進。
10 Lのローリングタンクに凝集体ができたらすぐ、10-20の凝集体を10 mLの後継のでかいプラスチックピペットで別の1 Lのローリングテーブルに移す。これにより、凝集体の初期化学状態 (Tinit)を測定した。

in situ実験(8)では、ゾディアックボートからMelosira sp.の大きな凝集体を表層からサンプリング。0.1 mmメッシュの古いでサンプリングした (fig.1)。これを、水深50 mでNiskinボトルでサンプリングし、0.7 umFSWに希釈。混合物をホモジェナイズし、4つのありコートに分けた。一つ目は、生物地球化学分析(POC,PON,bSiO2)と植物プランクトンの分類学的分析。他3つは、in situ 0.7 um FSWを含む3つのローリングタンク(4 L)に分配。ローリングタンクは冷蔵室(4度)で暗所に保管し、3.3 rpmでローリングテーブル上で回転。このインキュベーションで、大きな凝集体(26.8 - 34 mm)が形成された。

#### Copepod sampling and Rearing Phase
4種類のカイアシ類を選定。これらは、一般にその存在が春のブルームと一致しており、摂餌戦略やサイズについて異なる機能的形質を示すことから選択。
A.clausi(0.9 mm)とC.helgolandicus (2.7 mm)はどちらも雑食性のフィルターフィーダー。草食性の傾向は明らかだが、後者は⊥方向への移動が可能。T.longicornis (0.8 mm)とE.acutifrons (0.5 mm)はクルーズフィーダーとして認識されており、E.acutifronsはdetrital matterを餌とする傾向がある。実験に使用したカイアシは、2017と2018の1から4月までのクルーズ中に収集。動物プランクトンはWP2プランクトンネットを用いて水深3 mでの水平えい航中。飼育は、メス5匹に押す1匹の割合で少なくとも100 (E.acutifrons)から250 (calanoid copepods)の生態雌を選別。雌は1 umのFSWを含むポリカーボネート製ビーカーに入れた。培養室内での1週間以上の馴化の間、18 ℃、塩濃度33, 昼夜12:12の光周期で1か月保存。継代培養した藻類を103-104 細胞 ml^-1を超える濃度で毎日過剰に給仕した。これによりカラノイドカイアシ類の若齢期への捕食を回避した。
海水は一日おきに1 umのFSWを10-20 %添加して更新し、小さな気泡によって空気を供給。実験開始の24 h前に、30-100 匹のカイアシを餌なしで0.2 um FSWを含む1 Lビーカーに単離。腸から排出させ、インキュベーション中の摂食を最大化した。

野生のCalanus hyperboreusは、2016年7月にNGCCアムンゼン号に搭載されたgreen edge遠征で採集された。こいつは雑食性。プランクトンネットで採取したら死んだため、にスキンボトルで採取。240 Lの海水を200 umメッシュのふるいにかけ、カイアシのみを採取。ふるいかけたあとすぐ、暗所で24時間放置。もの(N=18)のみを収集し、大型のMelosira sp.の集合体を含む4 Lのローリングタンクに添加した(実験8)

#### Grazing experiment
8つの実験を実施し、捕食者と被食者のサイズ比の変動を統合した。実験室で実施した8つの実験のうち3つ(exp1-3)は、指数関数的な成長状態にある単離珪藻細胞を、ブルーム時の密度より高い濃度で餌として提供した。この高い濃度は、ケイソウ同士の衝突を誘発するために設定された。実際にS.marinoiの凝集は、細胞密度が105 個/mlでは40 時間以上かかることが示されている。この高い細胞濃度は、カイアシなどによって細胞密度が大幅に低下したとしても(餌の濃度はブルーム時のインキュベーション期間中、初期ストックの50 %まで低下する)、grazerタンクと比較して対象群では細胞濃度が十分に近い状態を維持できるよう考慮して選択された。
二つの水槽間で、凝集を促進するパラメータの違いはカイアシ類(遊泳やgrazing、粘液の産生の変化の可能性)に関するもののみであった。残り4つの実験(4-7)では、珪藻類の凝集体を餌生物として用いた。培養は、ローラー一個あたり10-20個の凝集体を用いて開始。実験の最初の時間帯をt0として選択。
表1,2に示すように、カイアシタンクには既知の数の飼育済みカイアシを投入。有意なgrazingのシグナルを得るため、ローリングタンク内にはカイアシ類の存在量を多くした。駆らぬ素では2-4, E.acutifronsでは10倍。north atlantic oceanのブルームで観測されるものより。しかし、そのような高い存在量は、ロングアイランドの富栄養化状態での3年間の調査で記録されたものと一致している。
全ての実験で、死んだ個体と負傷した個体は破棄。生きている個体は、獲物の群れが入っている1 Lのローリングタンクに個別でピペットでうつされた。3 rpmでローリングテーブルに配置。タンクの回転により凝集体が均質に。連続的な沈降が模倣された。インキュベーションは自然光周期レジームの下で18 ℃で実施。予備実験により、ボトルの影響を制限するため24-48 時間の間で実施することができた。
実験8では、大型の凝集体に野生のカイアシを加え、4 Lのローラー水槽に18 匹の生きた個体を入れてインキュベート。4 ℃。Melosira sp.の凝集体は、光合成によって誘導される気泡形成により、光レジーム下で強い負の浮力を有することが示されている。したがって、凝集体をローリングタンクに浮遊させておくため、インキュベーションは暗闇で行い、断片化の時間的な変化と行動の変化を追跡した。最低20 の凝集体を分析 (体積とESDの計算結果を表3に示す)

#### Aggregates Enumeration, Size, and Sinking Velocity
凝集体の形態学的特徴は、T0とTfでサンプリングの前に測定した。解析は、デジタルカメラ(EOS 600D)で撮影した写真と動画。
測定は、凝集体のサイズ (タンク全体の画像より)、凝集体の直径と高さ。測定精度は0.3 mm。各タンクについて最低6　舞の画像を使用し、凝集体濃度が20 agg /Lを超える場合を除いてすべての凝集体を画像上で個別に測定。
　凝集体の沈降速度はPlougら(2010)を用いてタンク内で直接測定。凝集体の沈降速度は濃度が20 agg/L未満のものについて直接測定。濃度が高いものは最低20個。定常状態では、凝集体は円軌道をたどる。ビデオを使って回転中心を測定した。沈降速度は、タンクの回転と凝集体の回転中心からタンクの中心までの距離を用いて、式1により推定できる。
ここで、Tはタンクの回転周期 (単位:d)、Xaは凝集体の回転中心からタンクの中心までの距離　(m)。凝集体の沈降速度に関する誤差は、画像解析で測定可能な最小Xaに依存しており、これは0.7 m/dの不確かさである。凝集体はフラクタルであり、その沈降速度は式2に従いサイズ増加にともなって増加する。凝集体の沈降速度(Uagg)と凝集体サイズ(ESD)の関係式は、非線形関係関数nls()を用いて、S.marinoi およびC.neogracile凝集体について計算した　(R)
AとBは無次元パラメータ。

#### Final Sampling (Tf)
後継のでかいプラスチックぴぺットで凝集体を慎重にとりだし、50 mLのファルコンチューブ内に単離。勢いよくふってホモジェナイズしたあと、サブサンプルを採取。凝集体を取り除いた海水は200 umのメッシュを通してカイアシを回収。実験1-3, 8ではステージ分析およびサイズ推定（プロソームおよびウロソームの長さと幅）のために、カイアシを選別し、ホルマリン溶液（最終濃度4％）で保存した。実験4-7では、Mackas and Bohrer(1976)の蝶内容物蛍光法を用いて凝集体の摂取量を推定するため、2 mLのくらいおチューブ（水槽当たり1本)に入れ、液体窒素中で急速冷凍させた。サイズ測定は、200 umメッシュを通したカイアシ無作為にとって、ホルマリン中に保存した４種について行われた。
実験1(有利細胞)と実験7(凝集体)のCalanus helgolandicusのfecal pelletは、24時間の培養後、各ローリングタンクの残りの海水を40 umメッシュにかけてろ過することで回収した。メッシュ上に残されたfecal pelletは、プランクトン計数チャンバー（Dolfussキュベット 容量6 ml)でFSWに再懸濁し、ピペットで採水しサイズ計測と計数のため50 mlのファルコンチューブにプールした

### Chemical analysis
#### Biogenic Silica (bSiO2)
遊離細胞または凝集体懸濁液の10 mlを、0.4 umのポリカーボネートフィルター(ミリポア)でろ過した。fecal pellet測定のため、C.helgolandicusの100-200個のfecal pelletをフィルター上に直接置いた。すべてのフィルターを個別にシャーレに入れ、55℃で24時間乾燥させた後、Moriceauら(2007)に従ったbSiO2分析までは室温で保存した。簡潔には、フィルターを8 mlの水酸化ナトリウム(NaOH 0.2 M)で90 ℃、４時間、一定の攪拌下でdigestedした。これは溶液を4度に冷却し、2 mlの塩酸(1M)で中和することによって停止させた。溶解シリカ(dSi)を含む消化物をオートアナライザーで分析した (Bran and Luebbe Technicon Autoanalyzer 0.1 % precision)。

#### Particulate Organic Carbon and Nitrogen
　freeの細胞または凝集体懸濁液の10 mLを、あらかじめ燃焼させた(4時間450 ℃)ガラス繊維フィルターでろ過。fecal pelletには、C.helgolandicusの100-200のfecal pelletをフィルター上に直接置いた。その後、すべてのフィルターを10 mLのfswで洗浄。フィルターをアルミ箔の中に入れ、55 ℃で24時間乾燥させ、元素分析器でCとNを分析

#### Copepod Gut Content
胃内容分析(exp4-7)のため、実体顕微鏡下で解凍したばかりのサンプルからカイアシを集めた。0.2 umのFSWで洗浄し、植物プランクトンの細胞や凝集体を除去し、4 mlのアセトン(90 %)に移した。個体を粉砕し、4 ℃で一晩暗所でクロロフィル色素を抽出。蛍光を、10 %HClによる酸性化の前後で測定した。腸内含有量は、クロロフィルaとふぇお顔料濃度の添加によって得られ、値は補正されていないものだった。ingestion ratesは式3を用いて腸内含有量から求めた。

#### Transparent Exopolymeric Particles
　透明な駅素ポリマー粒子を、実験1-3についてPassow and Alldredge(1995a)の方法に従って測定した。細胞懸濁液から10 mLのサブサンプルをピペッティングし、フィルターの細孔を介したTEPの流出を防ぐため低真空圧(<60 mm Hg)の下で0.4 umのポリカーボネートフィルターでろ過した。フィルターを0.5 mLのアルシアンブルーで２秒間染色し、分析するまで冷凍保存した。次いで、フィルターを一定の攪拌下で80 %H2SO4溶液6 mlに2時間浸漬した。得られた溶液の吸光度を787 nmで測定し、アルシアンブルーの検量線を用いて1 Lあたりのガムキサンタン等量に換算し、0.2 umのポリカーボネートフィルター上に作成した。TEP濃度はgXeq L-1およびng Xeq cell-1で表され、後者はインキュベーション中の細胞の成長を考慮に入れた。TEP productionはTinitとTfで、細胞濃度で正規化されたインキュベーションの過程でのTEP濃度の差から計算された。
 
### Copepod ESD Computation
カイアシESDの計算は、文献を基にした(表3)

### Specific Growth Rate and Grazing Parameters
植物プランクトンの増殖率、grazing速度、クリアランス速度、および摂餌速度は、Frost (1972)に従ってexp1-3の細胞数から算出した。TintとTfに、各水槽の海水5 mlのサブサンプルをピペッティングし、酸性ルゴール溶液(最終濃度2 %)に保存した。植物プランクトンの細胞濃度は、Malassez細胞計数チャンバーを用いて推定した。ローラータンク内の細胞密度に応じて、3-12のサブサンプルが、サンプル当たり120-300個の細胞に対応して計数された。tfでの細胞濃度がコントロールとかいあしタンクの間で優位さがない場合、grazingは検出限界以下と考えた (表4の<dl)。ingestion ratesは、S.marinoiについては0.1 pg Chl a cell-1、C.neogracileについては0.35 pgChl a cell-1という文献に基づく平均値を用いて、ng Chl a ind-1 d-1に換算した。

#### Copepod Gut Content
腸内容の分析(exp4-7): 回答したカイアシを0.2 umFSWで洗浄。→4 mlのアセトン(90 %)に移す。粉砕して4 ℃でクロロフィル色素を抽出した。蛍光は、風呂路メーターを用いて10 %HClによる酸性化の前後で測定した。カイアシの腸内含有量はクロロフィルaとフェオ顔料濃度の添加によって得られ、値はDurbinおよびCampbell (2007)の勧告に基づく顔料分解のために補正されていないものであった。ingestion rateは、式3を用いて腸内含有量から求めた。
ここでkは腸内排出率であり、Dam and Peterson(1988)のモデルに従って計算したもので、インキュベーション温度を考慮したものである。

#### Fecal Pellet Production, Size, and Sinking Velocities
C.helgolandicusを用いた実験(1-7)において、fecal pellet productionを推定。全fecal pellet懸濁液の最大6個のサブサンプルをカウントした。fecal pelletは10 umの精度で測定。
測定項目: 長さと幅。um。形状および体積の計算は表3参照
fecal pelletの沈降速度はストークスの法則に従っており、Eq.4に従って計算された。

ここで、ミューは海水の動粘度。pSWおよびpPFはそれぞれ海水密度とC.helgolandicus fecal pelletの密度で、Lおよびdはそれぞれfecal pelletの長さおよび幅。gは重力による加速度。

#### Statistical Analyses
結果は、平均値+-標準誤差(SE)あるいは操作あるいは分析にerror伝播が含まれる場合の+-累積誤差 (たとえば、凝集体の存在量、TEP生成、Si:C比、C:N比)で表される。データ分布が正規性のパラメトリック仮定と一致したため (シャピローウィルく検定。p <0.05)、カイアシ類のgrazingがインキュベーション中の平均サイズ、総量、および化学量論比に及ぼす影響を一元配置分散分析で検定した。てゅーきーの事後検定で、測定されたパラメータに対する特定のカイアシ類の影響を判断した。ESDと沈降速度の間の共分散は、ANCOVAを使用して対数変換されたデータで分析された。2つの変数間の線形相関は、正規性を仮定したピアソン相関検定を使用して分析し、そうでない場合はスピアマンの順位相関検定を使用して分析した

## Results
### First Set of Experiments: Effects of Copepod Grazing/Swimming on Diatom Aggregation
#### Copepod Ingestion Rates
インキュベーションの間、カイアシ類はS.marinoiで積極的にgrazedした(実験1,2)が、C.neogracileでgrazingは見られなかった(実験3)。つまり、植物プランクトンの成長速度はgrazingの速度を上回った (TfのControlと動物プランクトン入れたのと、同じくらいの値であることからわかる)。
E.acutifronsのIngestion ratesは157+-155から225+-6 ng Chl a ind-1 d-1。対してC.helgolandicusは5~8倍高く、1159+-248 ng Chl a ind-1 d-1に達した(表4)。S.marinoiとのincubation中、C.helgolandicusのfecal pelletは平均で64+-55 fecal pellet ind^-1 d^-1 d -1であった(実験1)。平均ESDは173 +-24 um。炭素含有量は30 +-7 nmol C PF-1。沈降速度は122+-32 md-1。培養終了時に回収されたfecal pelletの大部分は無傷だった。

#### Aggregation of Free Diatom Cells
E.acutifronsとC.helgolandicusの存在下で形成されたS.marinoiの凝集体の大きさと沈降速度は、それぞれの平均値が1.6+-0.0 mmのESDと230+-1 md^-1で、対照実験と有意な差がなかった(表5と図2A)。
低い細胞密度では、S. marinoiは実験1の時よりも少ないが大きな凝集体を形成し、平均ESDは3.1±0.6 mm（表5および図2C）であり（表5および図2C）、平均沈降速度は320±10 m d-1であった（表5）。しかし、E. acutifrons（288±80 agg L-1）の存在下での実験1では、対照（145±25 agg L-1）およびC. helgolandicus（113±35 agg L-1）と比較して、平均凝集体のアバンダンスが有意に高かった（p値＜0.05）（表5および図2B）。

#### Elemental Cell Composition
S. marinoi の Si:C 比は E. acutifrons の存在下で 0.14 ± 0.04 から 0.21 ± 0.04 (p = 0.018)へと有意に増加した（実験 1）が、C. helgolandicus の放牧は Si:C および C:N 比に影響を与えなかった（実験 1）。また、S. marinoiのC:N比は、実験1ではE. acutifronsの放牧によりS. marinoiのC:N比がより強く低下していたが、すべてのローリングタンクで同様に低下していた（p < 0.05）。C. neogracile 素子比は、対照群（対照群）での培養中には変化しなかったが、Si:C および C:N 比の平均値が著しく安定していた（表 5）。

### Second Set of Experiments: Effects of Copepod Grazing/Swimming on Aggregate Dynamics
#### Copepod Grazing on C. neogracile Aggregates
Chaetoceros neogracile の集合体は E. acutifrons と A. clausi の両方によって放食されたが、その結果、E. acutifrons と A. clausi ではそれぞれ 0.08 ± 0.03 と 0.12 ± 0.04 ng Chl aeq ind-1 に達した（表 6）。摂取率は E. acutifrons と A. clausi ではそれぞれ 4 ± 1 ～ 6 ± 2 ng Chl aeq ind-1 d-1 であった（表 6）。

#### C. neogracile Aggregate Distribution and Sinking Velocity
実験 4 では、E. acutifrons の存在下で C. neogracile の凝集体量、ESD、沈降速度に有意な変化は見られなかった（表 7、図 3A,B）。実験５では、すべての転動槽で再凝集が観察され、凝集体の豊富さ（対照では18±6から3±1 agg L-1へ、A. clausiでは15±3から1.7±0.6 agg L-1へ）、サイズ（対照では1.8±0.1から5±1 mmへ）の変化が見られた。 1から5±1 mmまで、A. clausiでは1.9±0.1から5±1 mmまで）、および沈降速度（対照で141±27から439±153 m d-1まで、A. clausiでは145±26から501±106 m d-1まで）、T0からTfの間での沈降速度（表7および図3C,D）。このパターンはコペポッド水槽と対照水槽で同様であり、A. clausi による放牧が凝集動態に影響を与えていないことが示唆された（表 7 および図 3C,D）。

#### Elemental Composition of the C. neogracile Aggregates
Euterpina acutifrons の C. neogracile 凝集体への放牧は、粒子状有機物の元素組成に影響を与えず、平均値は安定しており、最終的な C:N 比は 7.9 ± 0.3、最終的な Si:C 比は 0.04 ± 0.02 であった（表 7）。なお、実験 5 については技術的な問題があったため、データは得られなかった。

#### Copepod Grazing on S. marinoi Aggregates
また、S. marinoi 凝集体を餌とした（実験６、７）。その結果、T. longicornisでは0.5±0.3 ng Chl aeq ind-1、C. helgolandicusでは0.3±0.2 ng Chl aeq ind-1の平均腸内含有量が得られた。また、最小の橈脚類である E. acutifrons は平均 0.05 ± 0.02 ng Chl aeq ind-1 と最も低い値を示した（表 6）。T. longicornisでは23±14 ng Chl aeq ind-1 d-1、C. helgolandicusでは14±9 ng Chl aeq ind-1 d-1、E. acutifronsでは2.6±0.9 ng Chl aeq ind-1 d-1に達した（表6）。

また、回収した Calanus helgolandicus の糞便ペレットは無傷であり、糞便ペレット平均産生率は 25 ± 3 FP ind-1 d-1 であり、遊離の S. marinoi に放牧した場合（実験 1）と比較して 2 倍低い値であった。糞便ペレットの産生量は、集合体が唯一の獲物である場合には小さく、ESDでは平均145±25μmであった。また、炭素含有量（33±7 nmol C PF-1）や沈降速度（97±31 m d-1）も低かった。

#### S. marinoi Aggregates Distribution and Sinking Velocity
T. longicornis の存在は凝集体の断片化を誘発し、凝集体量の有意な増加（3 ± 1 から 14 ± 8 agg L-1; p = 0.039）とその平均 ESD の有意な減少（9 ± 3 から 4.1 ± 0.7 mm; p = 0.013）によって証明された。結果として、対照群の沈下速度は、対照群の方が共脚水槽と比較して２倍も高かった（表７、図４Ａ、Ｂ）。実験7では、すべてのインキュベーションにおいて再凝集過程が観察されたが、これは橈脚の存在の影響がないことを示唆している（表7および図4C-E）。

#### Elemental Composition of S. marinoi Aggregates
実験6では、Si:CとC:Nの平均比はそれぞれ0.13±0.07、6.8±0.2と安定していた。実験6ではSi:CとC:Nの平均比がそれぞれ0.13±0.07、6.8±0.2、実験7ではSi:CとC:Nの平均比がそれぞれ0.14±0.11、6±3と安定していた（表7）。


### In situ Experiment: Effects of C. hyperboreus Grazing/Swimming on Melosira sp. Aggregate Characteristics and Elemental Composition
Tinitで形成されたMelosira sp.の凝集体は、コントロールでは72時間のインキュベーションにわたってサイズと沈降速度が安定していた（表7）。対照的に、C. hyperboreusで24時間培養した後、この大きな凝集体が14.3±7.0 mmのESDを持つ7つの小さな凝集体（1.75 agg L-1）に断片化し、それに伴う平均沈降速度は1017±257 m d-1であったことが明らかになった。フラグメンテーションプロセスは時間の経過とともに進行し、48 時間後には 4.8 agg L-1（それぞれの ESD は 9.8 ± 2.7 mm、平均沈降速度は 740 ± 351 m d-1、表 7 および図 5）の集合体の豊富さをもたらした。72時間後、コペポッドでインキュベートすると、50±12個の凝集体（12.5±1.2 agg L-1）が得られた。膨大な量の小粒子とビデオ記録の質の低さのため、72時間後のサイズと沈降速度の測定はできなかった。

また，このような状況下では，魚類の摂取量を測定することはできなかったが，動画の分析から，橈脚と集合体の間で活発な相互作用が観察された。また，このような状況の中では，このような状況の中では，魚類の生態系が変化していることを確認することができた。また、T0 から Tf の間に C. hyperboreus の遊泳行動に変化が見られた。孵化後の最初の数時間は、大きな集合体が1つしか存在しなかったため、回転する水槽の回転の中では受動的に泳いでおり、ジャンプはほとんど見られませんでした。また、48 時間後にはより活発になり、数回のジャンプや、集合体との衝突を避けるための遊泳軌道の変化が観察された（図 6、補足動画 S2, S3）。

C. hyperboreusをMelosira sp.の集合体と72時間インキュベートした場合、Si:C、C:N比の変化は観察されず、平均値はそれぞれ0.16±0.02、11±1であった（表7）。

## Discussion
### Methodological Considerations
凝集体形成は、粒子の粘着性と衝突頻度によって制御される凝集過程に依存。衝突頻度は粒子濃度にdirectly linked。この実験装置では、grazingや遊泳による粒子濃度の変化とは無関係に、カイアシの活動が凝集体形成に貢献するのか、あるいは阻止しているのかを研究できた。

24時間で凝集を促進するために必要な高い細胞濃度にもかかわらず、放牧活性は、実験3を除くすべての実験で測定可能であった。E. acutifronsのクリアランス率は3-9.6 mL ind-1 d-1、C. helgolandicusのクリアランス率は24±6 mL ind-1 d-1であり、同種の文献値と一致した。E. acutifronsでは2.8～31 mL ind-1 d-1 (Sautour and Castel, 1993; de Melo Júniorら, 2013)、C. helgolandicusでは36～126 mL ind-1 d-1 (Filemanら, 2007)であった。摂取率についても同様であり、E. acutifronsの我々の値は実験室での実験で記録された値（157-225 ng Chl a ind-1 d-1、本研究での値と、Sautour and Castel, 1993での360-408 ng Chl a ind-1 d-1）と非常によく一致しています。一方、C. helgolandicus は Irigoien ら（2000）の値（600 ng Chl a ind-1 d-1）に比べて 2 倍以上の摂取率（1159 ± 248 ng Chl a ind-1 d-1）を示し、餌の濃度にもよるが、一般的には 30～300 ng Chl a ind-1 d-1 であった（Mauchline, 1998; Fileman ら、2007）。我々の研究では、この不一致は、高い餌生物濃度、捕食によるストレスがないこと、実験開始前の 24 時間の飢餓期の複合効果によって説明でき、これらの要因はすべて摂取量を最大化することが認められている（Bollens and Frost, 1989a, b, 1991; Bollens and Stearns, 1992; Mauchline, 1998）。
 実験の2番目のセット（実験4-7）では、それは放牧率を計算するためにFrost（1972）の方法を使用することは不可能でした。第一に、集合体は複雑な細胞の集合体であるため、指数関数的な植物プランクトンの成長を測定することができませんでした。第二に、集合体の不均一性が高いため、各水槽の初期濃度が同じであることに正確に依存することができないため、放牧率の計算にバイアスがかかる可能性がある。別の方法として、動物プランクトンの草食性を推定するために実験室や現場でよく行われている腸内蛍光含量法（Mackas and Bohrer, 1976）を用いて摂取率を推定した。これは、様々なプランクトン（橈脚類、塩類、オキアミ；Pakhomovら、1996; PerissinottoとPakhomov、1998; Lópesら、2007）、遠洋性（ニシンの幼生、Denisら、2018）、底生生物（Díazら、2012; GaonkarとAnil、2012）で実施することができる迅速かつ簡単な方法を構成している。腸内色素の破壊（Conover et al. 1986; Durbin and Campbell, 2007）および腸内排出率の推定（Perissinotto and Pakhomov, 1996）に関して潜在的な問題が存在するが、この方法は、総クロロフィリアン色素を餌生物のバイオマスの代理として使用して、橈脚類による集合体の摂取量を定量するのに適しているように思われた。しかし、腸内容物を介して得られた摂取率は、細胞減少から推定されたものと直接比較することはできず（例えば、Frost, 1972）、むしろサンプリング時に摂取された集合体の量のスナップショットに対応しています。いずれにしても、集合体を餌として提供されている間に、ほとんどの橈脚類種がかなりの量を摂取していたことが明らかになったことから、Iversen and Poulsen (2007)が示したように、橈脚類が糞便ペレットを餌として提供された場合には、集合体全体や断片化された集合体のような、より大きく複雑な餌（細胞と粘液の集合体が混在している）に対処する能力があることが明らかになりました。また，本研究では断片化された集合体を好んで食べていることが推測できなかったが，E. acutifrons と C. hyperboreus では大きな集合体を直接食べている様子が観察され，餌を食べながら集合体にぶら下がっているようであった（E. acutifrons の場合は補足ビデオ S1）。

### First Set of Experiments: Copepod Grazing/Swimming Effects on Diatom Aggregation
本研究では、橈脚類の存在が細胞凝集動態をどのように変化させたかは、異なるプロセスによって説明できると考えられる。

TEP産生が促進されると細胞の粘着性が高まる可能性がある。動物プランクトンによる有機化合物やポリマーの滲出はよく知られている（Alldredge and Silver, 1988; Schuster and Herndl, 1995）。一般に、コペポッドの合図は、海洋植物プランクトンにおいても生理的応答を誘導することがある。例えば、コペポダミドは、恐竜鞭毛藻による毒素産生の増加（Selanderら、2011、2015）、S. marinoi鎖サイズの変化（Bergkvistら、2012、2018；Amatoら、2018；Grebnerら、2018）、およびT. weissflogiiのシリカ含有量の増加（Pondavenら、2007）のような防御形質を誘導し得る化合物である。植物プランクトンが産生する高分子量多糖類による共食い餌料率の阻害を測定したMalejおよびHarris（1993）の研究に沿って、我々は、我々の実験において、共食い餌料の活動が、栄養制限ストレスで観察されるような粘液産生を促進する可能性があるという仮説を立てた（Engel, 2000; Passow, 2002）。実験3では、A. clausiがC. neogracileを放牧した場合のTEP産生量は対照群よりも高く、E. acutifronsの存在下（実験1）では対照群よりもわずかに高かった（有意ではなかったが）。しかし、E. acutifronsではより多くの凝集体が生成されたが、A. clausiでは凝集体生成の増加は観察されなかった。凝集がTEP濃度と正の相関があるという一般的な仮定とは逆に、我々の研究では、より高いTEP産生が、少なくとも24時間のインキュベーション中に、より高い凝集率を必ずしももたらすわけではなかった。さらに、TEP産生または濃度と凝集体の豊富さまたはサイズとの間には有意な相関関係は見出されなかった。ＴＥＰは凝集を誘発するために重要であるが、ＴＥＰ濃度および生産だけでは、凝集パターンを説明するのに十分ではない。

衝突速度は2つのパラメータによって変更される可能性がある：橈脚類が泳ぎ回るときに生じる微小な乱流と、沈み込みの速い糞便ペレットの排出と橈脚類によるTEPの操作による沈み込みの差に関連した粒子の量である。凝集するためには、粒子が衝突してくっつく必要がある。しかし、衝突があまりにも激しい場合（エネルギー散逸率が高い場合は、Alldredgeら、1990を参照）、凝集には続かず、凝集解除プロセスが発生することさえある（Alldredgeら、1990）。橈脚類のないローリングタンクでは、衝突は微分沈下のみで促進されるのに対し、原位置での衝突は微分沈下と乱流の両方に起因する(Alldredge et al., 1990; Riebesell, 1991; Jiang and Osborn, 2004; Jackson, 2015)。橈脚類の異なる摂餌行動は、少なくとも 2 種類の乱流を生み出す可能性がある。濾過時には、橈脚類は二重の剪断場を発生させ（Strickler, 1982）、その結果、1～18mm s-1のオーダーの微小循環を誘発する（Kiørboe, 1997; Jiang and Kiørboe, 2011b）。さらに、アンブッシュフィーダーのジャンプや泳動などの捕食時の泳動は、240mm s-1 の速度を持つ後流渦を発生させている (Kiørboe, 1997; Jiang and Kiørboe, 2011a, b)。本研究では、我々が使用した2つの懸濁フィーダー（A. clausiとC. helgolandicus）は、凝集を促進することはなかった。これに対し、実験1と2では、小型クルーズフィーダーE. acutifronsの活動が凝集を誘導した。このことは、フィルタリング活動によって生じた乱流だけでは衝突を促進するには十分ではなかったのに対し、小型クルーズフィーダーの行動（Strickler, 1982; Kiørboe, 1997; Jiang and Kiørboe, 2011b）によって誘発された乱流は、凝固を阻害することなく細胞の衝突を促進していたことを示唆している。また、C. helgolandicus のような大型のクルーズフィーダーが作り出す乱流が強すぎて、エネルギーを供給しすぎて細胞の凝固を妨げている可能性も考えられる。今後の研究では、共貝の摂食や採餌によって発生するマイクロ流体の乱れに着目し、凝固過程への影響を明らかにする必要があり、この記述を確認した。衝突率は、さらにタンク内の粒子量に関連している（Jackson, 2015）。E. acutifronsと比較して、C. helgolandicusの存在下で形成された低い凝集体のアバンダンスは、その高い摂取率に関連している可能性がある（表4）。粒子量と沈降速度の差を大きくすることで、生成された糞便ペレットは衝突率が高くなると予想された（Burd and Jackson, 2009）。糞便ペレットが自由細胞よりもはるかに速く沈下するので、これは大いに予想された（糞便ペレットおよび自由細胞について、それぞれ100-200対1-5 m d-1；Yoonら、2001；Bienfang、1981；Turner、2015）。本研究では、糞便ペレットが凝集体に捕捉されているかどうかを直接観察することはできなかったが、C. helgolandicusが大粒（145±25μm）で豊富な糞便ペレット（1槽あたり190～1528個）を産生していたにもかかわらず、凝集体形成に大きな変化は認められなかった。したがって、糞便ペレット生産に伴う粒子量の増加は、橈脚類の放牧に伴う凝集体の断片化（乱流の増加や細胞濃度の低下）を補うものではないと考えられた。衝突率に影響を与えるもう一つのプロセスは、TEPのサイズの変化であると考えられる。実際には，橈脚類は TEP を積極的に捕食することはないが，小さな TEP の凝固を大きくすることで TEP のサイズスペクトルに受動的に影響を与える可能性がある (Prieto et al., 2001)．泳動による乱流は、TEP形成を誘発する可能性がある(Schuster and Herndl, 1995)。また、TEPが餌流に巻き込まれ、餌付けによって圧縮され、捕獲後に拒絶されると、TEPのサイズが大きくなる可能性がある(Young et al., 1997)。本研究では，TEP を餌付け具で操作することで，橈脚類が TEP，珪藻類，糞便ペレットの衝突の可能性を高めることに寄与したのではないかという仮説を立てることができる。しかし、このような仮説を検証するためには、顕微鏡での TEP 測定法を用いて TEP を定量する必要がある（Passow and Alldredge, 1995a; Mari et al.

全体的に、我々の結果は、ノルウェーで実施されたメソコズム研究で観察されたものと一致している（Moriceau et al. この研究では、藍藻類が優占種である場合、植物プランクトンの集合体は橈脚類の豊富さとともに増加した。しかし、珪藻が植物プランクトン群集の大部分を占めていた場合、炭素輸出に対する橈脚類の正味の影響は負であり、この特定のケースでは、凝集と断片化のバランスが粒子の断片化に有利であったことを示唆している。

### Second Set of Experiments: Implications of Grazing and Swimming of Copepods on Aggregate Characteristics
 このように、24 時間の孵化後の集合体の大きさと豊富さに及ぼす放牧の影響は、集合体を直接放牧するか、あるいは採餌中の遊泳活動によるものである可能性がある。同様の研究がローリングタンク内の動物プランクトンや海雪を用いて行われている（Bochdansky and Herndl, 1992; Bochdansky et al. 例えば、Bochdansky and Herndl (1992) は、A. clausi が海雪を餌としないことを示しており、自由に生きているフィルターフィーダーの大部分は、ムコイドマトリックスに埋め込まれた植物プランクトンを利用できないと結論づけている。一方，A. clausiを含む4種の橈脚類の定量的摂取率を測定したところ，集合体に埋め込まれていても珪藻類を積極的に捕食していることが明らかになった。E. acutifronsでは集合体への直接摂食が観察された（補足動画S1参照）が，腸内含有量が増加しても，集合体の断片と分解された珪藻の両方を摂食している可能性は否定できない。しかし、顕微鏡で培養培地を確認したところ、遊離した珪藻は確認できなかったため、後者は無視できるレベルであったと考えられる。動物プランクトンと植物プランクトンの集合体との間の栄養相互作用は、原生生物（Artolozaga et al. 2002）、euphausiids（Dilling and Brzezinski, 2004）、橈脚類、盲腸類、およびドリオリ類（Taucher et al.
 
凝集体構造の変化を、橈脚類が粒子束に影響を与える可能性のある経路として検討した。その結果，動物プランクトンが集合体を構成する細胞のSi:C比を増加させることで集合体密度を変化させているのではないかとの仮説を立てた。まず、我々の実験では、Si:C比は24時間の放牧の影響を受けていないことがわかった。もう一つは、C. neogracileとS. marinoiの集合体のESDと沈み込み速度のデータをフィットさせて得られたパラメータを用いた実験である。凝集体のESDと沈み込み速度の間の力価則回帰は、原位置での海洋雪の文献（Shanks, 2002; Iversenら, 2010）に記載されているパラメータと同等のAとBの定数によって特徴づけられ、Bの値は0.4から1.3の範囲であり、フラクタル寸法は1.4から2.3の間に対応する（Xiaoら, 2012の式6を使用して計算）。橈脚が大規模な凝集体を断片化したり、小規模な凝集体を再凝集させたりするいずれの状況においても、凝集体のESDと沈降速度を結びつける回帰は、AとBが変化していない状態では変わらず、したがって、Bに由来すると考えられるフラクタル次元Dは変わらなかった(Long et al., 2015)。これらの結果は、コペポッドの活動が凝集体の空隙率と過剰密度を変化させていないことを示唆した。

粒子のダイナミクスは、餌生物と捕食者の種類に関する我々の異なる実験条件によって影響を受けた。我々は3つの異なるパターンを区別した。(1)断片化、(2)粒子動態の変化なし、(3)より大きな凝集体での再凝集である。図７、８は、T0 と Tf の間の集合体の豊富さの変化を対照群の T0 と Tf の間の変化で割ったものを用いて、橈脚類によって誘発された再集合と断片化のパターンを要約したものである。所与の実験では、正味の変動を、次に橈脚の豊富さ（ind L-1）とインキュベーションの持続時間（d）で割った。図７は、橈脚類の機能的形質を断片化／集合優位性と関連づけたものである。図8では、捕食者と餌生物のサイズ比が凝集・分断バランスに与える影響を調べた。

これは、S. marinoi と Melosira 凝集体を捕食している T. longicornis と C. hyperboreus の実験において、捕食者に対する捕食者のサイズ比が 15 以上の場合に観察された（図 8）。このパターンは，T. longicornis と C. hyperboreus がそれぞれ S. marinoi と Melosira の骨材を餌とした実験で，餌生物と捕食者のサイズ比が 15 以上の場合に観察された（図 8）（表 7，図 4，5，7，8）。クルーズフィーダーである T. longicornis は骨材を積極的に摂食していたが，これまでの実験でも沈んだ有機物を食べていた (Kiørboe, 2011; Lombard et al., 2013b) 。我々の知る限りでは、集合体を放牧している間の橈脚類の摂取量を定量化した研究はない。しかし、我々の腸内含有量の値は、植物プランクトン細胞を餌として用いた実験研究に匹敵するものであった。T. longicornis の摂食率は、実験室でのバッチ実験（117-217 ng Chl aeq ind-1 d-1, Wang and Conover, 1986）と比較して、ローリングタンクでの培養での摂食率（0.5 ± 0.3 ng Chl aeq ind-1 d-1）は同様であったが、それよりも小さかった。C. hyperboreusと天然のMelosira sp.の凝集体を用いた実験では、異なるタイプの相互作用が働いており、観察された凝集体サイズの減少を説明する可能性があることがビデオで示された。実際、動画では、大きな集合体の破片が、集合体の中を跳躍する橈脚によって分解されていることが確認された。橈脚類の遊泳速度は 0.1～100 mm s-1 であり（Yamazaki and Squires, 1996）、最大 400 mm s-1 の速度でジャンプし、240 mm s-1 の速度で後流渦を発生させる（Jiang and Kiørboe, 2011a, b）が、壊れやすい骨材の近くでは骨材を壊すのに十分な速度である。また、ジャンプする前に、橈脚が骨材にぶら下がっていたことも観察され、これが骨材の断片化の引き金となっていました。興味深いことに，（断片化の結果として）粒子がより小さく，より多く存在する場合には，集合体の周囲を活発に泳ぎ回るようになった（図 6，補足動画 S2，S3）。C. hyperboreus は一般的に受動的なフィルターフィーダーと考えられている（Conover, 1966; Huntley, 1981; Greene, 1988）。しかし、我々は、橈脚類が1つの大きな集合体でインキュベートされたときの受動的な流下への流下から、集合体がより小さく多数になったときの能動的な巡航への遊泳行動の変化を観察した（Strickler, 1982; Kiørboeら, 2018に記載されているように）。このような摂餌採餌戦略の変化が、48時間後に断片化が加速した理由を説明することができるかもしれない（図5）。全体的に見ると、集合体が断片化されればされるほど、小さな集合体の量が増加し、時間の経過とともに集合体の量が指数関数的に増加していることからわかるように、橈脚類が断片化を増加させていることがわかります（図5）。C. hyperboreusは、この実験中に集合体のESDが低下すると、より活発に活動しているように見え、集合体全体よりも断片を多く捕食している可能性が示唆された。

2.6±0.9～4±1 ng Chl aeq ind-1 d-1 の摂取率で示される活発な摂食は、ビデオ記録による集合体全体への直接摂食と一致している（補足動画 S1）。しかし、S. marinoiおよびC. neogracileの集合体のサイズまたは豊富さの変化は、E. acutifronsでは観察されていない（表7および図3、4、7、8）。クルーズフィーダー（E. acutifronsなど）が海洋雪を捕食することはすでに実証されており（Koskiら、2005、2007、2017）、粒子流束の減衰と関連することが多い。しかし、本研究では、餌生物と捕食者のサイズ比が 7 から 20 の範囲にある E. acutifrons は、サイズ、豊富さ、沈降速度のいずれにおいても粒子スペクトルを有意に変化させなかった（図 8）。これらの結果は、凝集体上での放牧を測定するだけでは、フラックスの減衰を結論づけるには十分ではないことを示唆している。

再凝集は、対照群と比較して、凝集体の豊富さが減少し、凝集体の大きさが増加することを意味する。このことは，A. clausi と C. helgolandicus が C. neogracile と S. marinoi の集合体を餌とした実験で観察された（図 7，8）。図7、8は、捕食者に対する餌生物のサイズ比が6以下の場合や、フィルターフィーダーが捕食者の場合には、集合体化よりも集合体化の方が優勢であることを示唆している。このパターンは、試験した集合体のサイズが小さいことによって説明できると考えられる（A. clausiとC. helgolandicusのインキュベーションでの初期ESD = 1.9 mmに対して、T. longicornisのインキュベーションでは9 mm、C. hyperboreusのインキュベーションでは34 mmであった）。小さな集合体は大きな集合体よりもせん断に強く（Jackson, 1990）、あるせん断（橈脚類の遊泳によって誘導される）では、小さな集合体間での集合が促進される可能性がある。逆に、より大きくて壊れやすい集合体は、同じせん断によって壊れてしまう可能性がある（Jackson, 1990）。残念ながら、ある大きさの集合体を安定化させることは不可能であるため、大きな集合体をフィルターフィーダーで、小さな集合体をクルーズフィーダーでインキュベートすることで、この仮説を検証することはできませんでした。

## Conclusion
我々の研究では，橈脚類の活動が粒子の動態に及ぼす影響を予測する能力は，橈脚類の機能的特徴をよりよく理解する必要があることが示唆された。本研究で明らかになった一般的な傾向は、表層では、自由に浮遊している細胞や小さな凝集体の凝集は、小型の橈脚類が活発に泳いでいることから生じる乱流によって促進される可能性があるということであった。しかし、凝集体は壊れやすく、大型のクルーズフィーダーのような強い乱流によってその形成が妨げられている可能性がある。凝集体の大きさが大きくなればなるほど、凝集体は壊れやすくなり、自由に浮遊している細胞の凝集体（クルーズフィーダーの遊泳）や、小さな凝集体であっても、同じせん断力によって、より大きな凝集体が優先的に断片化されてしまうのである。この仮説を検証する上での主な難点は、ローリングタンク内で所定の大きさの骨材を安定化させることである。珪藻の TEP 産生量のわずかな増加も観察されたが、我々の実験装置では、実験期間と化学分析の両方で、この問題について結論を出すことはできなかった。実際、我々は0.4μm以上のTEPの総プールを測定しただけであり、そのような凝集につながるほとんどの化学的橋渡しに責任があるかもしれない硫酸塩ハーフエステル基の割合などの化学組成を測定していない（Mopperら、1995; Passow、2002）。動物プランクトンの活性とTEPのサイズスペクトルを結びつけることはできなかったが、これはアルシアンブルー染色されたTEPの顕微鏡測定によってのみ可能であった。

この研究は、炭素の生物学的ポンプを駆動するメカニズムをよりよく理解するのに役立つかもしれません。炭素は1000mに近づく深さで効率的に大気から分離されることを考えると、最近の多くの研究は、輸出効率と移動効率の区別を始めている(Henson et al., 2012; Maiti et al., 2013; Cavan et al., 2017)。前者は表層で生産された炭素が輸出深度（100～200m）まで到達した量であり、後者は輸出された炭素が隔離深度まで到達した割合である。大規模な観測から、珪藻類が支配する高緯度の生態系のように輸出効率の高い生態系は移動効率が低いことが示唆された(Maiti et al., 2013)。逆に輸出効率の低い生態系は移動効率が高い (Henson et al., 2012; Guidi et al., 2015)。このメカニズムは、自由に浮遊する細胞の集合体や小さな集合体が好まれるのに対し、大きな集合体は優先的に断片化されることを考えると、珪藻優勢の生態系と生産性の低い生態系との間で観察された矛盾を部分的に説明している可能性があると考えられる。珪藻の生態系では、より大きな集合体が形成される傾向があり、それは非常に速く輸出される可能性がある(Alldredge and Gotschalk, 1989; Cisternas-Novoa et al., 2015)が、橈脚類の摂餌活動時に生じる乱流によって破壊されやすい。逆に、シアノバクテリアが支配する生態系では、よりゆっくりと沈む小さな集合体を形成する傾向があり（Cisternas-Novoaら、2015）、したがって、より小さな輸出につながる可能性がある（Hensonら、2012）が、我々の結果は、橈脚類の遊泳活動に対してより耐性があるかもしれないと信じている。


 



### 第２期
> ![](https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0025322713001357-gr4.jpg)(https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0025322713001357-gr4.jpg)
> 図4. 図の構成は図3と同じ。天候のせいで4,5週(大潮ー小潮)のみ。また5週目は6 hだけ。
* 第4週で、第１期の潮汐変動と同様なτ0の最大値が確認された。
    * τ0最大推定値: $0.18 \ \mathrm{Nm^{-2}}$
* 乱流の上方への伝播はσt = 26.7の等密度線により制約される。
* フロック濃度の顕著なピークは最大τ0と同じポイントで発生。
* 第4週、顕著な引き潮の影響も見られた。
    * hour 4: $0.18 \ \mathrm{Nm^{-2}}$ (最大)
    * hour 9: $7 × 10^{-3} \ \mathrm{Nm^{-2}}$ (最小)

## 粒子カウント
各深度において、単位体積当たりの平均粒子数を計算した。
### 第１期
> ![](https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0025322713001357-gr5.jpg)(https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0025322713001357-gr5.jpg)
> 図7. 第１期の3週間について、深度ごと単位体積当たり粒子数

#### イベントA
* 1週目と3週目に35-40 m以深で増加。2週目はτ0の値が減少している。
* 1週目の45-50 mで最大。発生した最大の海底応力を反映している可能性が高い。
* どの週においても、水深35-40 mより浅いところではカウントが$400 \ \mathrm{L^{-1}}$を超えることはなかった。
* 20 m以上では、$200 \ \mathrm{L^{-1}}$前後。
* 1と3週、2週目より広く多くの粒子が存在。イベントBと比較して、水深が深くなるにつれてより顕著。
#### イベントB
* 1週目、3週目と2週目との差が小さい。
* 30 m以深では粒子数がかなり均一。
#### イベントC
* イベントAと類似。３週目には40-45 mで$750 \ \mathrm{L^{-1}}$の最大値。同じポイントでの他の週より200L-1以上高く、この州の他の水深と比べても高い。
* 第2週の粒子数は少なめ。2倍以上の差がある。

### 第２期
> ![](https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0025322713001357-gr6.jpg)(https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0025322713001357-gr6.jpg)|
図6. 2週間について、深度ごと単位体積当たり粒子数

#### イベントA
* 第4週、深度に伴い粒子増加。特に最深層2binに顕著。そのうえのbinより2倍近い。
* 一戸とばし！！！
* 第５週、最大カウントは$185 \ \mathrm{L^{-1}}$。40-45 m。各進度を全部平均すると、4週は$251 \ \mathrm{L^{-1}}$に対して5週は$108 \ \mathrm{L^{-1}}$。
* この差は、4週での大潮のよりエネルギーの強い領域に対する応答であろう。
#### イベントB
* イベントAと同じように第４週と第５週の差がみられた。粒子の数はどちらも深度とともに増加。第４週の2つの例を除いて一貫して$200 \ \mathrm{L^{-1}}$未満。？？
* 平均は、それぞれ$211 \ \mathrm{L^{-1}}$と$103 \ \mathrm{L^{-1}}$。潮汐サイクルによる流体運動条件のためと考えられる。
* 
## Flocサイズとコルモゴロフマイクロスケール
lkより大きなフロックがみられた。
* 各深度でプロファイルできている空間は数$\mathrm{ml}$にすぎない
-> 1つの円はその水深において$1 \ \mathrm{L}$の海水中に何百もの粒子が存在する可能性を示している。

> ### 第１期
> ![](https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0025322713001357-gr7.jpg)(https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0025322713001357-gr7.jpg)
> 図7. 3週間についてのデータ。横軸がFlocサイズ、縦軸が深度。粒子1個が1つの円で示されており、折れ線は各深度幅におけるコルモゴロフマイクロスケールの平均値。
### イベントA
* 第１週目と第３週目にlk以上のフロックが確認された。
* フロックサイズがlkを超えるのは、コルモゴロフスケール自体が小さいとき。
-> 再懸濁現象が生じているとき。
### イベントB (流れが弱い)
* 第１週目と第２週目はほとんどのフロックがlk以下。第３週目では水深30 m以深でいくらか超えた。
### イベントC (τ0の再度の増加)
* イベントAと比べ$τ0$が大きくない。
-> これがlkを超えるフロックが少なくなった要因?
* lk、第１週と第３週どちらも1000 μm前後で、第２数では2000μmを超える値が算出された。第３週目には多くのフロックが海底近くで見られた。

> ### 第２期
> ![](https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0025322713001357-gr8.jpg)(https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0025322713001357-gr8.jpg)
> 図8. 2週間についてのデータ。横軸がFlocサイズ、縦軸が深度。粒子1個が1つの円で示されており、折れ線は各深度幅におけるコルモゴロフマイクロスケールの平均値。
### 第２期について
* lk自体は第１期と大きく違わないが、フロックサイズがlkを超えたものは数例のみ。フロックサイズ、ほとんどが$1000 \ \mathrm{μm}$。
* 5週目、そもそもフロック数が少ない。

-> 第１期と第２期の季節間で、フロック自体の性質が変動したと考えられる

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# 議論と結論
### プラヌラ幼生によるEPS放出
フロックサイズには生物過程が関与しうること、示されている(Fugate and Friedrichs, 2003, Fettweis et al., 2006, Bowers et al., 2007)。4月の調査では、短命なゼラチン状の生物学的粒子が多くみられた (図9)。
> [![幼生](https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0025322713001357-gr9.jpg)](https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0025322713001357-gr9.jpg)
図9. 2010年第１期に大幅に生物量が増加したプラヌラ幼生の例。第２期には見られなかった。スケールバーは$1000 \ \mathrm{μm}$。生の画像。

プラヌラ幼生は沈降過程でEPSを多量に放出する。粘着性の高い生物学的物質の放出が、第１期の調査で観測された変動性に寄与している可能性がある。

> [hayashi] プラヌラ幼生が多かった→EPSが多く出ているであろう→凝集体サイズ増加が生じた?という点について、プラヌラ幼生の存在量すら定量的なデータが示されていない。

### 植物プランクトンブルームの寄与は？
センサーが壊れていてクロロフィル-aの観測値がない。
-> L4において植物プランクトン量のピークは20年平均で5月中旬(Highfield et al., 2010)。ここで生じた粒子は実験実施日までに海底まで到達しない。
> [hayashi] Highfieldら(2010)、植物プランクトンブルーム開始は4月。
> ![](https://i.imgur.com/R6DTXFb.png)


## 本研究まとめ
フロックサイズとlkの関係について、２つの調査機関とでは対照的な関係がみられた。
乱流によるフロックサイズの制限は第２期には生じているように見える。
これは、多量のゼラチン質プラヌラの存在なしにはlkを超えるサイズには成長しえないという考えを裏付ける。
-> 潮汐周期という短期的測定と、季節変動をの両条件を考慮した測定が重要である。

本研究では、フロックサイズの成長限界が存在することを示す証拠が得られていない。
->むしろ第１期の調査ではlkを超えるフロックサイズも見られている。

**フロックの成長限界を定めるしきい値の存在を確かめることの前に、フロックサイズと乱流測定の制度を確保することに細心の注意を払うことが重要。**

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# コルモゴロフマイクロスケールと粒子サイズ、ほかの研究
> Raw et al., 2018
![](https://i.imgur.com/BqxYV2q.png)

> Takeuchi et al., 2019
> ![](https://i.imgur.com/afmlRBi.png)


