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食物網の毒と侵入者

ヒューロン湖のサギノー湾では、食物網の頂点にいるウォールアイのPCB濃度は、底辺の植物プランクトンの4倍を超えていました。

毒が頂点にたまる理由

エネルギーは食物網を上がるほど減りますが、逆になる物質もあります。残留性化学物質は、体が分解・排出しにくく、脂肪や組織に残るものです。小魚は数千ものプランクトンを食べ、それらの化学物質の大部分を蓄えます。大きな魚は多くの小魚を食べ、その分も蓄えます。段階ごとに濃度が上がります。OpenStaxはこれを生物濃縮と呼び、生産者から頂点消費者まで、栄養段階ごとに残留性の有毒物質の濃度が上昇することと定義しています。

同じ化学物質が、上の段階ほど高濃度になります。サギノー湾では、頂点のウォールアイのPCB濃度は植物プランクトンの4倍を超えていました。棒の長さは実際の比率とは異なります。

この単純化した生物量の例では、化学物質が吸収され体内に残ると仮定します。餌と体重の比は仮の値であり、エネルギー伝達の10%の法則を直接換算したものではありません。魚が体を1 kg増やすために約10 kgの餌を必要とし、その途中で化学物質が失われなければ、10 kgの餌に含まれる化学物質が1 kgの魚に入ります。何段階も繰り返すと、頂点捕食者の1 kg当たりの量は、下位のどの生物よりもはるかに多くなります。

DDT、PCB、水銀

最も有名な例は、レイチェル・カーソンの1962年の著書『Silent Spring』で説明された殺虫剤DDTです。一部の水域では、食物網の頂点の鳥が魚を通じて多くのDDTを取り込み、卵殻が薄くなって抱卵中に割れ、個体数が減りました。OpenStaxによると、米国では1970年代にDDTの使用が禁止されました。かつて冷却液に使われた化学物質PCBは、米国では1979年に禁止されましたが、長く残るため、今も湖の魚から見つかります。

水銀、鉛、カドミウムなどの重金属も蓄積します。OpenStaxは、米国環境保護庁の助言を紹介しています。妊娠中の人や幼児は、水銀濃度の高い大型捕食魚であるメカジキ、サメ、キングマッカレル、アマダイ類を避け、サケ、ティラピア、エビ、スケトウダラ、ナマズなど、水銀の少ない魚を選ぶよう勧めています。助言は国によって異なり、更新もされるので、自分の食事については、自国の食品安全機関を確認してください。

食物網に加わる新しい種

生物種を加えることでも、食物網は変わります。侵略的外来種は、本来の分布域外へ持ち込まれ、新しい環境の釣り合いを崩す生物です。OpenStaxでは、1970年代に、プランクトンをろ過して池をきれいにするため米国へ導入された、アジア原産のコイ類の話を紹介しています。一部が逃げ、1980年代までにミシシッピ川流域の多くの水路に生息するようになりました。ハクレンは在来のイガイ類や巻貝類の餌となるプランクトンを食べ、アオウオは在来のイガイ類や巻貝類を直接食べます。イリノイ川の一部では、これらのコイ類が群集の生物量の95%を占めます。

新しい環境に捕食者がいない侵入者は、食物網の実験室で捕食圧から解放された被食者と同じように振る舞い、さらに在来種と餌を奪い合います。五大湖への侵入を防ぐため、シカゴ衛生船舶運河には電気障壁が使われています。ここでの例に共通する教訓は、化学物質でも生物でも、食物網に入ったものは、同じ食う・食われる関係に沿って移動することです。

生物濃縮残留性の毒性物質が、栄養段階を上がるごとに高濃度になること
DDT殺虫剤で、頂点の鳥の卵殻を薄くします。米国では1970年代に禁止されました
PCB1979年に米国で禁止された冷却液の化学物質で、今も魚から見つかります
Silent Springレイチェル・カーソンの、殺虫剤についての1962年の著書
侵略的外来種アジア原産のコイ類など、新しい生態系を乱す外来種
  1. 生物濃縮では、残留性の毒性物質はどうなりますか？
    • 食物網を上がるほど高濃度になる
    • 食物網を上がるほど低濃度になる
    • エネルギーになる
  2. サギノー湾のウォールアイのPCB濃度は、植物プランクトンの何倍を超えていましたか？
  3. 米国でPCBが禁止されたのは何年ですか？
  4. DDTは、食物網の頂点の鳥にどのような影響を与えましたか？
    • 卵殻をもろくした
    • 体を大きくした
    • ひなが増えた
  5. 『Silent Spring』を書いたのは誰ですか？
    • レイチェル・カーソン
    • ロバート・ペイン
    • ハワード・オダム
  6. 仮の生物量の例で、化学物質はまったく失われず、各段階は10 kgを食べて体を1 kg増やします。植物の濃度が1 kg当たり1単位なら、3段階上では何単位ですか（1 kg当たり）？
  7. OpenStaxが引用するEPAの助言で、水銀の少ない魚として挙げられるのはどれですか？
    • サケ
    • メカジキ
    • サメ
  8. イリノイ川の一部では、アジア原産のコイ類が群集の生物量の何%を占めますか？
  9. アジア原産のコイ類が米国へ導入された理由は何ですか？
    • プランクトンをろ過して池をきれいにするため
    • ペットとして
    • オオカミを管理するため
  10. ハクレンが在来のイガイ類に与える主な害は何ですか？
    • イガイ類が必要とするプランクトンを食べる
    • イガイ類を食べる
    • 水を汚染する
ポイント
  • 残留性の毒性物質は、段階ごとに高濃度になります。
  • DDTは卵殻を薄くしました。PCBは米国で1979年に禁止されました。
  • 大型の捕食魚は、水銀を最も多く蓄えます。
  • 侵略的外来種は、生物量の95%を占めるアジア原産のコイ類のように、食物網を占めることがあります。
このコースの出典 (16)
  • OpenStax Biology 2e 46.1 Ecology of Ecosystems: food chains and webs, Lake Ontario chain, grazing and detrital webs, Silver Springs 20,819 / 3,368 / 383 / 21 kcal/m²/yr (openstax.org/books/biology-2e/pages/46-1-ecology-of-ecosystems)
  • 46.2 Energy Flow through Ecosystems: chemoautotrophs at hydrothermal vents (NW Eifuku, 1,535 m)
  • TLTE 14.48% (1,103 of 7,618)
  • four to six transfers, NPE caterpillar 18% and squirrel 1.6%, English Channel 4 and 21 g/m², energy pyramids always upright, biomagnification, DDT and Silent Spring, PCBs banned 1979, Saginaw Bay walleye more than four times the PCBs of phytoplankton, EPA fish advice (.../pages/46-2-energy-flow-through-ecosystems)
  • 45.6 Community Ecology: lynx and snowshoe hare cycle about 10 years, lag 1 to 2 years, nearly 200 years of trapping data, keystone Pisaster and banded tetra, foundation species kelp and coral, Asian carp 95% of biomass in parts of the Illinois River (.../pages/45-6-community-ecology)
  • National Geographic Education: Food Web (al-Jahiz, early 800s) and Energy Flow and the 10 Percent Rule (education.nationalgeographic.org/resource/food-web/, /resource/energy-flow-and-10-percent-rule/)
  • NOAA Education, Aquatic food webs (noaa.gov/education/resource-collections/marine-life/aquatic-food-webs)
  • Kingsland 2015, Alfred J. Lotka and the origins of theoretical population ecology, PNAS 112:9493 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4534218): Lotka 1925 Elements of Physical Biology, Volterra 1926
  • Bacaër 2011, A Short History of Mathematical Population Dynamics ch. 13 (D'Ancona, Adriatic fish markets, First World War)
  • Paine 1966, Food web complexity and species diversity, Am. Nat. 100:65-75 (Mukkaw Bay, 15 to 8 species)
  • Paine 1969 Am. Nat. 103:91 (keystone)
  • Lafferty and Suchanek 2016, Am. Nat. 188:365 (pubs.usgs.gov/publication/70175674)
  • NPS Yellowstone: History of Wolf Management (nps.gov/yell/learn/historyculture/wolf-management.htm: last pack killed 1926, 14 wolves January 1995, 17 in January 1996, 10 from Montana 1997)
  • Wolf Restoration in Yellowstone: Reintroduction to Recovery (nps.gov/articles/wolf-restoration-in-yellowstone-reintroduction-to-recovery.htm: 41 wolves, peak 174 in up to 16 packs, about 100 in 10 packs, about 10% a year)
  • Elk (nps.gov/yell/learn/nature/elk.htm: about 17,000 in 1995, 3,915 in 2013, 6,673 in 2022)
  • The Big Scientific Debate: Trophic Cascades (nps.gov/articles/the-big-scientific-debate-trophic-cascades.htm).

確認日: 2026-10-17