南極の湖沼群では、湖底に繁茂する藻類がマットを形成することが知られている。この湖底藻類群集のマットは色素層を形成し、上から順に黄色、黄緑、緑、深緑となる。この色素パターンは、表面にカロテノイド類などを多く含むことで、強光による光合成の阻害を防ぐために見られるパターンであると考えられている。

我々は、この湖底藻類群集マットの色素層構造の形成メカニズムや群集組成のパターンを、藻類の生理学的プロセスをふまえて理解することを研究の目的とし、色素遺伝子発現量が異なる複数種の藻類の競争モデルを作成した。藻類の細胞内に置けるカロテノイド類の役割が、光の捕集と強光阻害の防御の二つに分類出来ることを考慮し、捕集に使われるカロテノイドと防御に使われるカロテノイドがどの程度含まれるかによって、藻類の光合成効率が決定されると仮定した。この仮定は、本企画集会の「南極淡水湖の湖底藻類群集における光適応とその鉛直分布形成の数理モデル1」で発表されたモデルと同じものである。

本発表では、さらに実際の南極の湖底まで届く光強度と藻類が実際に持っている色素の吸収波長特性を用いて、どのような吸収波長特性の色素を多くもつ藻類が優占するのかを調べた結果を紹介する。色素は、それぞれ種類によって大きく異なる吸収波長特性を持つことが知られているので、ここでは主に防御と光捕集に使われるカロテノイドと光合成に使われるクロロフィルを色素として扱った。果たす役割に応じて、色素がどのような吸収波長特性を持つのかを分類したことで、それぞれの役割を果たす色素遺伝子の発現量が異なる藻類の、表層から下層までの各層における進化ダイナミクスを調べることができた。これにより、南極湖沼底性藻類マットの表層から下層に従って異なるパターンを示す藻類群集組成の再現を試みた。