低酸素症(環境)
酸素欠乏とは、水中の溶存酸素（DO;水中に溶解した分子状酸素）が濃度が低下し、システム内に生息する水生生物に有害となる点で水生環境で発生する現象である。 溶存酸素は通常、一般的な温度と塩分で水に溶解する酸素の割合として表されます（どちらも水への酸素の溶解度に影響します。酸素飽和度と水中を参照してください）。 溶存酸素（0％飽和）を欠いている水生システムは、嫌気性、還元性、または無酸素と呼ばれ、低濃度のシステム—1と30％飽和の間の範囲で—低酸素またはdysoxicと呼 ほとんどの魚は30%の飽和の下で住むことができない。 低酸素症は内分泌の中断によって残りの魚の損なわれた再生の原因となります。 “健康な”水生環境はめったに80％未満を経験する必要があります。 Exaerobicゾーンは、無酸素ゾーンと低酸素ゾーンの境界にあります。
低酸素症は、水柱全体、高高度、底部の堆積物の近くで発生する可能性があります。 それは通常、水柱の20-50％全体に広がっていますが、水の深さとpycnoclinesの位置（深さとともに水の密度が急速に変化する）に応じています。 これは、水柱の10-80％で発生する可能性があります。 例えば、10メートルの水柱では、それは表面の下で2メートルまで達することができます。 20メートルの水柱では、それは表面の下で8メートルまで伸びることができます。
季節的なkillEdit
Hypolimnetic酸素枯渇は、夏と冬の両方の”kills”につながる可能性があります。 夏の成層の間に、一次生産者の入力または有機物および沈降はhypolimnionの呼吸の率を高めることができます。 酸素の枯渇が非常に極端になると、魚のような好気性生物が死ぬ可能性があり、その結果、「夏殺し」と呼ばれるものが発生します。 同じ現象が冬に発生する可能性がありますが、さまざまな理由があります。 冬の間、氷と雪のカバーは光を減衰させ、したがって光合成の速度を低下させる可能性があります。 湖の凍結はまた、酸素の交換を可能にする空気-水の相互作用を防止する。 これは呼吸が続く間、酸素の欠乏を作成します。 酸素がひどく枯渇すると、嫌気性生物が死ぬ可能性があり、その結果、「冬の死」が起こります。
低酸素症の原因
酸素欠乏は多くの自然要因に起因する可能性がありますが、植物の栄養素が川、湖、または海に入り、植物プランクトンの花が奨励される汚染と富栄養化の結果として最も頻繁に懸念されています。 植物プランクトンは、光合成を通じて、日中の間に飽和を行う発生しますが、ブルームの密な人口は呼吸によって夜の間に飽和を行う減少させます。 植物プランクトン細胞が死ぬと、それらは底に向かって沈み、細菌によって分解され、水柱内でさらに減少するプロセスである。 酸素欠乏が低酸素症に進行すると、魚の死滅が起こり、底の虫やアサリのような無脊椎動物も同様に死滅する可能性があります。
低酸素症は、汚染物質が存在しない場合にも発生する可能性があります。 たとえば、河口では、川から海に流れる淡水は塩水よりも密度が低いため、水柱の層別化が発生する可能性があります。 したがって、水域間の垂直混合が減少し、表層水からより生理食塩水の底水への酸素の供給が制限される。 底層中の酸素濃度は、低酸素症が発生するのに十分に低くなる可能性がある。 これに特に傾向がある区域は土地の流出が相当であるWaddenzeeまたはメキシコ湾のような半閉鎖した水域の浅瀬を含んでいる。 これらの領域では、いわゆる”デッドゾーン”を作成することができます。 ワシントン州のフッド運河やピュージェット-サウンドの地域のように、低溶存酸素状態はしばしば季節的である。 世界資源研究所は、西ヨーロッパ、米国の東と南の海岸、特に日本の東アジアの沿岸地域に集中し、世界中の375の低酸素沿岸地帯を特定しました。
低酸素症はまた、水生生物が突然浅瀬に突入し、おそらく酸素が枯渇した水を脱出しようとする移動湾ジュビリーのような周期的な現象の説明でもあ オレゴン州とワシントン州の海岸近くでの最近の広範囲にわたる貝類の殺害もまた、周期的な不感帯生態学のせいにされている。
植物プランクトンのブレイクダウン編集
科学者たちは、水の体に投棄された高濃度の鉱物が植物プランクトンの花の著しい成長を引き起こす これらの花は細菌および他の分類群によって分解されるので、Phanerochaete chrysosporiumのような、酸素はこれらの有機体の酵素によって減らされます。
リグニンの内訳
植物プランクトンは主にリグニンとセルロースで構成されており、白腐敗として知られているp.chrysosporiumのような生物に存在する酵素によって分解される。 セルロースの分解は水中の酸素濃度を枯渇させることはありませんが、リグニンの分解はそうです。 リグニンのこの分解は酸化メカニズムを含み、リグニンペルオキシダーゼのような酵素によって起こるように分解された酸素の存在を要求します。 褐色腐敗菌、軟腐敗菌、および青色染色菌のような他の真菌もまた、リグニン変換に必要である。 この酸化が起こると、CO2はその場所に形成されます
リグニンペルオキシダーゼ（LiP）は、これらの生物のリグニンを分解するのに最適であるため、最も輸入酵素として機能する。 LiPはリグニンの三次元構造内のC-C結合とC-O結合を破壊し、それを破壊する。 LiPは、10個のαヘリックス、2個のCa2+構造イオン、およびテトラピロール環と呼ばれるヘム基から構成されています。 酸素はテトラピロール環のFe2+イオン上に二重結合を形成するためにLiPの触媒サイクルにおいて重要な役割を果たす。 水の二原子の酸素の存在なしで、Ferrin唇がOxyferrohemeに減らされないのでこの故障は起こることができません。 酸素のガスがOxyferroheme唇にFerrin唇を減らすのに使用されています。 Oxyferrohemeおよびveratricアルコールはリグニンを低下させるのに今使用することができる酸素の根本的なおよびFerri唇を作成するために結合します。 酸素基は環境で使用することができない環境の高い存在で有害です。
リグニンペルオキシダーゼにFerri-LiPが存在すると、LRET機構またはメディエーター機構のいずれかを介して一度に一つのフェニルプロパン基を除去することによ ＬＲＥＴ機構（ｌｏｎｇ ｒａｎｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｃｅ）は、テトラピロール環からリグニン中のフェニルプロパンの分子上に電子を移動させる。 この電子はC-CまたはC-O結合に移動してリグニンから1つのフェニルプロパン分子を破壊し、一度に1つのフェニルプロパンを除去することによ
メディエーター機構では、過酸化水素の添加によってリップ酵素が活性化されてリップラジカルが生成し、ヴェラトリックアルコールなどのメディエーターが添加されて活性化されてヴェラトリックアルコールラジカルが生成する。 ベリトリックアルコールラジカルはリグニン上のフェニルプロパンを活性化するために一つの電子を移動させ、電子はリグニンから一つのフェニルプロパンを放出するためにC-CまたはC-O結合を解体する。 リグニン分子のサイズが大きくなるにつれて、これらのC-CまたはC-O結合を破壊することがより困難になる。 フェニルプロパンリングには、コニフェリルアルコール、シナピルアルコール、-クマリルアルコールの三種類がある。
LiPはモールドックスコアが非常に低く、この酵素を形成して反応を行うために安定化させるのに必要なエネルギーがほとんどないことを意味します。 唇に-156.03kcal/molのMolDockのスコアがある。 これは、負の自由エネルギー要件のためにエネルギー的に有利であり、したがって、LiPによって触媒されるこの反応は自発的に起こる可能性が高い。 プロパノールとフェノールの分解は、両方とも水溶性であるため、環境中で自然に発生します。
環境中の植物プランクトンの分解は酸素の存在に依存し、酸素がもはや水の体内になくなると、リグニンペルオキシダーゼはリグニンを分解し続けることができない。 酸素が水中に存在しない場合、植物プランクトンの分解は10.7日から合計160日に変化します。
植物プランクトンの分解率は次の式で表すことができます:
G(t)=G(0)e−k t{\displaystyle G(t)=G(0)e^{-kt}}{\displaystyle G(t)=G(0)e^{-kt}}{\displaystyle G(t)=G(0)e^{-kt}}}}
この式において、Ｇ（ｔ）は、所与の時間における粒子状有機炭素（ＰＯＣ）全体の量であり、ｔ。Ｇ（０）は、破壊が起こる前のＰＯＣの濃度である。 kは年1のレート定数で、tは年単位の時間です。 植物プランクトンの大部分のPOCでは、kは約12.8年-1、またはこれらのシステムで分解される炭素の約96％に対して約28日である。 一方、無酸素系では、POCの分解には125日かかり、4倍以上の時間がかかります。 それは環境のPOCの1mgを破壊するために酸素のおよそ1mgを取り、従って酸素がPOCを消化するためにすぐに使い果されると同時に、低酸素症はすぐ 植物プランクトン中のPOCの約9％は18℃で一日で分解することができるため、完全な植物プランクトンを完全に分解するには約十一日かかります。
POCが分解された後、この粒子状物質は、二酸化炭素、重炭酸イオン、炭酸塩などの他の溶解した有機炭素に変換することができます。 植物プランクトンの30％もが溶解した有機炭素に分解することができます。 この粒子状有機炭素が350nmの紫外光と相互作用すると、溶解した有機炭素が形成され、二酸化炭素、重炭酸イオン、炭酸塩の形で環境からさらに多くの酸素 溶解した無機炭素は、2.3〜6.5mg/(m^3)日の割合で製造される。
植物プランクトンが分解すると、遊離リンと窒素が環境中で利用可能になり、低酸素状態も促進されます。 これらの植物プランクトンの分解が起こるにつれて、より多くのリンがリン酸塩に変わり、窒素が硝酸塩に変わる。 これにより、環境中の酸素がさらに枯渇し、さらに高量の低酸素ゾーンが作成されます。 リンや窒素などのミネラルがこれらの水生システムに移動すると、植物プランクトンの成長が大幅に増加し、死亡後に低酸素ゾーンが形成されます。
低酸素症と戦うためには、流出時に河川に到達する土地由来の栄養素の量を減らすことが不可欠です。 これは、下水処理を改善し、河川に浸出する肥料の量を減らすことによって行うことができます。 また、これは川に沿って自然環境を復元することによって行うことができます。 他の自然の生息地に基づく解決策には、カキなどの貝類個体群の回復が含まれる。 カキ礁は、水柱から窒素を除去し、懸濁固形物を濾過し、その後、有害な藻類の花または無酸素状態の可能性または程度を減少させる。 貝の栽培による海洋水質改善のアイデアに向けた基礎的な作業は、Odd Lindahlらによって行われました。、スウェーデンのムール貝を使用しています。 単一種の貝の栽培よりも複雑で、統合された多栄養水産養殖は、海洋の水質を改善するために多養殖に頼って、自然の海洋生態系を模倣しています。
イギリスのマンチェスター-シップ運河の再開発されたサルフォード-ドック地域で使用されているような技術的解決策も可能であり、下水道や道路からの流出が遅い水域に蓄積されていた。 2001年には圧縮空気注入システムが導入され、水中の酸素レベルを最大300％上昇させました。 その結果、水質の改善は、淡水エビなどの無脊椎動物種の数が30以上に増加しました。 ゴキブリやパーチなどの魚種の産卵と成長率も、彼らは今、英国で最も高いの間にあるような程度に増加しました。
非常に短い時間で、沖合いの吹く風が地表水を追い出し、無酸素の深さの水が上昇すると、酸素飽和度はゼロに低下する可能性があります。 同時に、温度の低下と塩分の上昇が観察されます（ドイツのキール-フィヨルドの海の長期生態学的観測所から）。 海洋における酸素レジームの長期監視の新しいアプローチは、減少した酸素飽和度（ecoSCOPE）の下で、すでに水質汚染の非常に低いレベルで大幅に変化する魚や動物プランクトンの行動をオンラインで観察する。