ゴア沖の沿岸海域におけるトリコデミウムのブルーム時の有色溶存有機物の光学的特性

Optical characteristics of colored dissolved organic matter during blooms of Trichodesmium in the coastal waters off Goa.

• Albertina Dias
• Siby Kurian
• Suresh Thayapurath

抄録

海洋シアノバクテリウムの一種であるトリコデミウムは、その窒素固定能力により、地球規模の窒素循環に重要な役割を果たしている。2014年から2018年の春のモンスーン間（SIM）期間中、ゴア沖の沿岸海域でトリコデミウムの大規模なブルームが観測された。ブルーム域では、ゼアキサンチンが支配的な色素であった。ここでは、これらのブルーム時の有色溶存有機物(CDOM)の分光吸収と蛍光特性を報告する。CDOMの濃度は、ブルームが発生した地域では、ブルームが発生していない地域に比べて非常に高くなっていた。ブルーム中のCDOMのスペクトル吸収は、紫外線吸収・スクリーニング化合物であるマイコスポリン様アミノ酸（MAA）の存在により紫外域に、フィコビリプロテイン（PBP）の存在により可視域に明瞭なピークを持っていた。従来のピークピッキング法による蛍光スペクトルシグネチャーは、3つのピークを示し、1つはタンパク質様のピーク、他の2つはフミン様のピークであった。これらとは別に、トリコデミウムはシアノバクテリアのシグネチャーである370/460nm(Ex/Em)の強いタンパク質様蛍光を示した。Trichodesmiumデータセットの蛍光励起-放出マトリックス（EEM）を用いた並列因子分析（PARAFAC）により、1つはタンパク質様、2つは腐植様の3成分モデルをフィットさせた。その結果、トリコデミウムのブルーム時の蛍光指標(FI)は、天然水で観測される典型的な1.2〜1.8の範囲と比較して、非常に高い値(3)を示した。トリプトファンの蛍光が増加するとCDOMの吸収が促進されることがブルーム分解実験で明らかになった。本研究は、トリコデミウムブルームが沿岸海域に豊富な有機物の供給源を提供していることを示しており、ブルームの長期的なモニタリングは生態系の健全性を理解する上で不可欠であることを示している。

Trichodesmium, a marine cyanobacterium, plays a significant role in the global nitrogen cycle due to its nitrogen fixing ability. Large patches of Trichodesmium blooms were observed in the coastal waters, off Goa during spring intermonsoon (SIM) of 2014-2018. Zeaxanthin was the dominant pigment in the bloom region. Here, we present the spectral absorption and fluorescence characteristics of colored dissolved organic matter (CDOM) during these blooms. CDOM concentration was much higher in the bloom patches as compared with nonbloom regions. During the bloom spectral CDOM absorption had distinct peaks in the UV region due to the presence of UV-absorbing/screening compounds, mycosporine-like amino acids (MAAs) and in the visible region due to phycobiliproteins (PBPs). The spectral fluorescence signatures by the traditional peak picking method exhibited three peaks, one was protein-like, and the other two were humic-like. Apart from these, Trichodesmium exhibited strong protein-like fluorescence with 370/460 nm (Ex/Em), which is a signature of cyanobacteria. A parallel factor analysis (PARAFAC) on the fluorescence excitation-emission matrix (EEM) of Trichodesmium dataset fitted a 3-component model of which one was protein-like, and two were humic-like. The fluorescence index (FI) values during Trichodesmium bloom was very high (~ 3) compared with the typical range of 1.2-1.8 observed for the natural waters. Bloom degradation experiments proved that increase in tryptophan fluorescence enhances the CDOM absorption. Our study indicates that Trichodesmium blooms provide a rich source of organic matter in the coastal waters and long-term monitoring of these blooms is essential for understanding the health of ecosystem.