石西礁湖自然再生協議会報告 2015.1.23

資料３

環境省・環境研究総合推進費プロジェクト(H25-27年度）

島嶼－サンゴ礁－外洋統合
ネットワーク系動態解明に基づく
石西礁湖自然再生への貢献

灘岡和夫 ・渡邉敦・中村隆志（東京工業大学）
長井 敏 （(独)水産総合研究センター・中央水産研究所）
安田仁奈 （宮崎大学）
鈴木 豪 ・亀田卓彦・福岡弘紀・名波敦・山下洋 （(独)水産総合研究センター・西海区水産研究所・亜熱帯研究センター）

本研究の目的：石西礁湖生態系のレジリエンス劣化をもたらしている原因やオニヒトデの大量発生の慢性化に関する機構を解明し，それらによって有効なサンゴ礁生態系再生方策につながる科学的知見をもたらす

主要テーマ：「島嶼－サンゴ礁－外洋統合ネットワーク系」解析に基づくA)サンゴ礁生物の幼生分散・加入によるsource-sink多重連結構造の実態解明と環境影響評価、それによる”負の連鎖構造”の解明
B)幼生分散過程での餌料環境や稚ヒトデの生残率制御要因の把握に基づくオニヒトデ大量発生・維持機構の解明

主要なアウトプット：
１）石西礁湖及びその周辺沿岸域での重点的保全海域の同定
２）生態系保全・再生のための陸源負荷削減目標等の定量化A)サンゴ礁生物の幼生分散・加入によるsource-sink多重連結構造の実態解明と環境影響評価、それによる”負の連鎖構造”の解明
着底

着底後初期生残幼生の分散

幼生
環境影響
産卵

成熟

sink側環境影響評価：

成体

重要性が高いにもかかわらず解明が遅れている
着底から初期生残過程への環境影響に着目

B)幼生分散過程での餌料環境や稚ヒトデの生残率制御要因の把握に基づくオニヒトデ大量発生・維持機構の解明
GBRにおける大量発生の有力仮説：「栄養塩説」

陸域からの栄養塩流入→餌となる植物プランクトン増加→オニヒトデ浮遊幼生の生残率up

石西礁湖でも富栄養化が大量発生の原因？
課題①野外でのオニヒトデ幼生検出技術が未発達→新たな幼生検出技術の開発②オニヒトデ幼生の餌料内容が不明→メタゲノム解析③栄養塩環境が大きな時空間変動性を持つ→広域多点一斉調査＋長期定期的調査④オニヒトデの各生活史段階への環境影響が不明→オニヒトデ餌料環境・動態モデルの開発と解析

研究体制
ST1: 数値シミュレーションモデル

ST2: メタゲノム解析による生物多様解析と現地調査に基づく「島嶼－サンゴ礁－外洋」統合ネットワー
ク系の構造解明

性の把握とサンゴ礁レジリエンス過程の観察

東京工業大学 灘岡和夫・中村隆
志・渡邉敦・向草世香

中央水産研究所 長井敏・田邉晶史・
本郷悠貴

ST4: 石西礁湖におけるサンゴ礁性
ST3: 石西礁湖を中心としたサンゴ礁生物のreef-scapeconnectivityの解明（集団遺伝学的解析）
宮崎大学 安田仁奈

生物の再生産および関連する環境動態の把握（現地モニタリング）
西海区水産研究所・亜熱帯研究セン
ター 鈴木豪・亀田卓彦・福岡弘紀・
名波敦・山下洋密接な連携・協働石西礁湖自然再生協議会・学術調査WG

河川水の栄養塩濃度（平常時）
広域一斉多点調査結果：硝酸の空間分布（表層）2013年6月17日

6月18日

小潮

長潮

2014年6月7日
長潮台風

6月21日
中潮

6月13日

陸源負荷の指標の一つである硝酸態窒素

大潮 平常時は北礁から西表北部に掛けてやや高め。
 台風による出水後は、河口周辺を中心に石垣・西表両島付近で高濃度に。

1.5July
7月

1.51.51.0

石垣港 1.0

1.0

0.5

0.50.5竹富北0.00.0
K2 K3 K4 K5 K6 K70.0
K2 K3 K4 K5 K6 K7

名蔵

K2 K3 K4 K5 K6 K7

サクラグチ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

SS09

K8K6K4SS09

K8

K61.5
1.00.50.0

K4SS09K8K6K4

K2

1.51.00.50.0

K2

SS09

K8

K6

SS09
K4

1.5
1.0
0.50.0

K2

K2
SS09

K8

K6

K8

1.5
1.00.50.0

1.5
1.00.50.0

7月

July

K2

June
6月

5月

SS09

K8

1.5
1.00.50.0

K2

2014年

K6K4

K2

May

クロロフィルa濃度

June
6月

全域一斉調査K4

水温2013年

クロロフィルa濃度

0.25μg/L以上でオニヒトデ幼生の生残率高い（Fabricius et al., 2010）

1.51.00.50.0200150100500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
May
5月32282420

日平均水温（環境省ブイ）

全域一斉調査200
150
100500降水量

降水量 (mm/day)

降水量

台風

K632282420K4水温

オニヒトデ幼生の餌となるサイズの植物プランクトン量

2013年に比べて、2014年は非常にクロロフィルa濃度が低く、オニヒトデの幼生が生き残るレベルにない。⇒雨量が影響か？

プランクトン多様性から見た陸源負荷の起源解明
6/17/2013

6/21/2013

少多珪藻配列数/全配列
数
6/18/2013

珪藻の出現量から、
石西礁湖の陸源負荷の起源は石垣島南部にあることが判明!

世界初の本格野外オニヒトデの広域密度分布調査の結果
プランクトンネットで採集（３日間） 顕微鏡観察

幼生単離 DNA抽出

種を同定

オニヒトデ幼生の大きさは０．２mmから０．８mm位
６月２１日

サンプリング場所

石西礁湖の内外をつなぐヨナラ水道周辺に多く見られた！

６月１７日
６月１８日

→石西礁湖で生まれたオニヒトデが外へ石西礁湖以外の場所からオニヒトデがやってくる
両方の可能性がある
オニヒトデが多い北側に幼生が多く見つかった

オニヒトデ幼生の発生：ガストルーラ（青）→ビピンナリア（赤）→ブラキオラリア（緑）統合モデルシステム開発
オニヒトデ動態モデル
オニヒトデ行動予測モデル

サンゴ群集動態モデル
捕食圧

サンゴ群集動態モデル

行動の制限

Photosynthesis
ZZ

Diffusion

ZZZ

DOcoe DICcoe TAcoe
hcoe

幼生加入

放卵・放精

Ambient
seawater

DOamb DICamb TAamb

幼生加入

CH2O
Ca-ATPase

放卵・放精

CO2
Respiration

hcal

2+

CaATP

DICcal2H+CO2

Coelenteron
Paracellularpathway

Permeation

TAcal

Calcification CaCO3

Calcifying fluid
Skeleton

サンゴ・ストレス応答
モデル
オニヒトデ幼生
分散モデル

サンゴ幼生分散モデル
流動・環境パラメータ

陸源負荷モデル

陸減負荷

多重ネスティング
3D流動モデル＋低次生態系モデル

多重ネスティング3D流動モデルによる幼生分散シミュレーション①サンゴやオニヒトデから放出された幼生がどのように流れてとこに着床するかを推定する。
②幼生が漂っている最中に経験する環境（植物プランクトン濃度、水温など）も再現し、どの程度幼生が生残するかを推定する。
←グローバル海洋モデル（HYCOM）のアウトプット

YAEYAMA3YAEYAMA2YAEYAMA1＊古い計算ドメインによる幼生分散シミュレーション結果

サンゴの白化現象のモデル化
石西礁湖において、白化現象はサンゴ群集の劣化を招く大きな要因の一つとなっている。
そこで、サンゴの生体内の応答を記述したモデルを用いて、白化現象を再現・予測するモデルを開発し、白化のリスク評価を行う。

TodorokiRiverサンゴ死亡率マップ

正常白化
Bu-guchi
1 km

高い死亡率 (s-1)

Computational
domainTooruguchi

白化の状態褐虫藻密度(cell cm-2)

水温低い

対象種３種から推定された幼生分散の障壁（赤線）
新城⇔西表南東
西表東の北⇔南
ヨナラ水道の東⇔西など類似した遺伝構造が見られた→海域間をつなぐ幼生分散は限られている(a) アオサンゴ(ｂ) ハナヤサイサンゴ(c) クシハダミドリイシ

IRIEEF
B

B

10 ㎞

CA
D10 ㎞

CAD

赤線は遺伝的に以外のあった集団間を区切る線（太いほど違い大）赤線内の空間→互いに幼生が行き来しやすい海域
幼生分散の障壁 （赤線）で区分された海域ユニットごとに保全する必要サンゴ回復の遅れ＝幼生加入不足？
幼生着生数/m2

過去5年間のミドリイシの天然幼生加入量100000

約4万

100002.5m

10005.5m

10011m礁斜面石西礁湖内

1020092010

20112012

20132014

礁斜面上部と比較すると石西礁湖内では、幼生加入量が約100分の1程度で、非常に少ない
さらに、着生直後の死亡率の高い時期ではどうか？