植物プランクトンは自然界で多様な光条件および栄養条件に遭遇するため、資源環境が異なる中で成長するには内部の炭素・窒素配分を調整する必要がある。現在の植物プランクトン炭素予算モデルでは、呼吸を単なる炭素損失として扱っている。実際には、呼吸は細胞のエネルギーを生み、栄養取り込みと細胞維持に必要なエネルギーを供給する重要な細胞過程である。実証的な証拠に基づき、呼吸のより現実的な役割を組み込んだ生態生理学モデルを構築した。モデルでは、光合成由来の炭素は次のように分配される。(i)同化のためのペントースリン酸経路（PPP）と、(ii)栄養取り込みに使われるエネルギーを生産するための呼吸である。貯蔵窒素は、細胞構造、光合成、栄養取り込みの3つのポンプに分配される。最適性に基づくアプローチを用いて、指数関数的成長速度または競争能力のいずれかを最大化する戦略を特定する。最適な内部配分は成長・維持トレードオフに従うことがわかる。すなわち、窒素が十分な条件では炭素獲得によって個体群の成長を促進し、窒素が制限される条件では窒素獲得によって個体群の維持を行う。最適配分は、異なる希釈率における炭素配分の移行として経験的に観測される変化と一致する。さらに本モデルは、不均衡を伴う相互作用的な成長反応曲面も生成し、低光強度では光が支配的な制限因子である一方、高光レベルでのみ光と窒素の同時制限が生じる。加えて、本モデルは成長と窒素クオータの関係において広く受け入れられているドープ関数を再現し、成長とエネルギークオータの関係では双曲線的な減少を予測する。単純な成長・維持トレードオフを通じて、本モデルは生物地球化学モデルにおける植物プランクトン生産性の予測のためのメカニズム的基盤を与える。
https://doi.org/10.64898/2026.06.01.729340