石西礁湖自然再生協議会・学術調査WG報告会 2013.8.31（平成25年度環境研究総合推進費新規課題ヒアリング 2013.2.4）

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 （東京工業大学）： 研究代表者
渡邉 敦（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）石西礁湖：
・石垣島と西表島の間に広がる日本最大のサンゴ礁海域
・400種を超える造礁サンゴが分布する種の多様性の高い海域
石垣島
・琉球列島全体へのサンゴ幼生供給源として期待されている
西表島

石西礁湖

しかしサンゴ生態系の衰退が顕著になってきている石西礁湖自然再生協議会（2006年２月発足）（2007年9月リリース）

短期目標： サンゴ礁生態系の回復の兆しが見られるようにする。
(10年先) そのために環境負荷を積極的に軽減する。

しかし、サンゴ礁生態系の劣化はより深刻になっている！
短期目標達成に向けての有効な科学的知見の提供が急務

2004年 サンゴ被度平面分布（環境省モニタリングサイト1000データ)

2008年 サンゴ被度平面分布

海流シミュレーション例

農地

赤土・栄養塩等の陸源負荷の影響?

市街地

幼生分散・加入過程に基づくReef connectivityの効果？
陸域に接していない石西礁湖中・南部海域のサンゴ群集が何故衰退しているのか？

石西礁湖の稚サンゴ量の経年変化

赤土の移流拡散に関する予備的
数値シミュレーション結果の例～
source-sink連結構造がサンゴ群集の維持に十分機能しない状況 → レジリエンス劣化？

～

・供給側(source)の幼生供給能力の減退？
・加入先(sink)の環境劣化の影響？
・加入後の初期生残率の減少？

環境ストレス自体のconnectivityの存在「島嶼－サンゴ礁－外洋統合ネットワーク系」
としての実態解明の必要性

もう一つの大きな脅威： オニヒトデ大量発生
2007頃から食害が深刻化

オニヒトデの大量発生状況（2011）

大量発生・持続機構は未だに解明されていない！
後追い的なオニヒトデ駆除の努力に頼らざるを得ないのが現状
機構解明に向けてのポイント：「産卵－幼生分散－加入－稚ヒトデ－成体」サイクルから見た環境影響評価、特に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
このためにも「島嶼－サンゴ礁－外洋統合ネットワーク系」から見たアプローチが必要

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加入先（sink側）の初期減耗への環境影響評価①多地点の異なる環境条件での加入量の野外調査の実施
加入量調査の従来の問題点：
・天然岩盤上で着生個体の発見が困難
・人工基盤上では生残率が非常に低い（環境の影響を抽出できない）
新規に開発した格子状基盤上のサンゴ（着生から1年半後）着生後の初期減耗を軽減できる新たに開発した人工基盤を導入→ 野外における初期減耗が評価可能②複合環境負荷評価数値モデル開発と応用
開発済みの海水流動モデルやリーフスケール赤土輸送・熱輸送・物質循
環モデル等をベースとして、「島嶼－サンゴ礁－外洋統合ネットワーク系」における複合環境負荷要因の時空間変化を解析可能にするモデルシス
テムを構築し、それによる環境評価と上記の初期減耗データを比較解析

メタゲノム解析による着底生物相の解明と環境影
響評価 ー生物相把握による加入情報の高度化
出現数少 大地点B

着底生物相（多様性）の把握と環境影響解明②多地点の異なった環境下での採水＋プランクトンネット調査のメタゲノム解析
着底前の水柱の生物相（多様性）の把握と環境影響解明③複合環境負荷評価数値モデル解析
サンプル 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

網羅検出と生物多様性の詳細比較①多地点の異なった環境下での着底板調査サンプルのメタゲノム解析

地点A

多重スケールreef connectivity構造の解明＜サンゴ礁（リーフ）スケール＞
リーフ内とリーフ外で遺伝子型が有意に異なる（左図の例参照）・・・・サンゴ礁内外の地形特性に対応したローカルな環境条件の違いによる適応選択？
チャネル1＋＜島スケール＞
外洋プロセスを介した島嶼沿岸リーフと石西礁湖間および礁湖内のreef connectivity matrix

サンゴ礁内

外洋

チャネル2 200m（例）：石垣島白保サンゴ礁でのアオサンゴ遺伝子型の空間分布
同じ色は類似の遺伝子型

Connectivity解析のツール：
集団遺伝学的解析（長時間スケール解析）
幼生分散数値シミュレーション（短時間スケール解析）＋

複合環境負荷評価数値シミュレーション

統合モデルシステム開発
陸域負荷評価モデル＋海水流動モデル＋物質循環モデル＋幼生分散・生態系応答モデル
環境省推進費H20‐22年度研究課題「SEA‐WP海域における広域沿岸生態系ネッ
トワークと環境負荷評価に基づく保全戦略」（課題番号：D0802）や本年度で終了
する科研費・新学術領域研究「サンゴ礁学」等で開発してきたモデル群がベース

陸源負荷評価モデルの拡張－石垣島の一部に対して開発している評価モデルの石西礁湖周辺島嶼域全体に拡張（発生源自体の評価・予測モデルを含む）

海水流動モデルの高度化 －リーフスケールモデルと多重ネスティング海流モデルのカップリング

物質循環モデルの拡張 －リーフスケールでの赤土輸送や栄養塩動態モデルを上記の海水流動モデルに組み込む形でリーフ＋島スケールに拡張

幼生分散モデルの高度化 －幼生の鉛直移動挙動や体内脂質の消費過程、捕食圧の評価等に基づく分散個体の生物的な側面のモデル化とその組み込み

複合環境負荷の下での加入先生態系応答モデルの高度化 －幼生加入効果や初期減耗効果の取り込みによるサンゴ群集動態モデルの高度化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？
幼生生残に効く0.25μg/L以上（Fabricius et al., 2010）のクロロフィルa濃度の海域は有意に存在するのか？するとすればその陸源負荷発生原因は何か？
時空間的な変動性が大きい栄養塩環境を現地での採水調査のみでは評価困難

陸域負荷評価モデル＋海水流動モデル＋物質循環モデル＋幼生分散・生態系応答モデルの応用としてのオニヒトデ餌料環境評価モデルの開発と解析→大量発生を抑えられる栄養塩陸源負荷生成レベルを評価可能？

オニヒトデ幼生の餌料環境の現地検証と餌料内容・環境影響の詳細評価
オニヒトデ幼生0.2ｍm

海水サンプルのメタゲノム解析によるエサ候補となる植物プランクトン網羅
同定で餌料環境を把握＋
課題：
オニヒトデ幼生同定技術が未熟
オニヒトデ幼生の野外での餌生物の実態が不明

リアルタイムPCRによるオニヒトデ幼生の簡易検出法開発
野外オニヒトデ幼生の胃内容物の遺伝子同定により餌生物を同定

餌生物を培養し、栄養塩環境による増殖率を算出
オニヒトデ餌料環境評価モデルの検証と高度化に向けてのfeedback

乱獲説：捕食者減少がオニヒトデ大量発生を助長？
サンゴ礁沿岸魚類の乱獲
大小型魚類や底生小型甲殻類等が生態系全体に影響する可能性
オニヒトデの捕食者の同定

小型魚類？
大型動物プランクトン？ 捕食

底生小型甲殻類？

捕食2㎜

飼育実験によるオニヒトデ浮遊幼生の捕食魚類の特定
稚ヒトデの分布調査と胃内容物ＰＣＲ・メタゲノム解析等で捕食者特定
水産種のうちどの種がオニヒトデ大量発生に関連するか？
漁獲圧をどの程度まで抑えれば大量発生を助長しないか提示

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
中央水産研究所 長井敏

東京工業大学 灘岡和夫・渡邉敦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

テーマ間連携から見た研究構成
陸源負荷の微細生物相への影響評価 （ST２）陸源負荷がサンゴ礁生物の初期生活史に与える影響の解明 （ST４）●着底基盤メタゲノム解析によるサンゴ加入環境の評価●海水メタゲノム解析によるオニヒトデ餌生物の特定●サンゴの幼生加入および初期減耗比較実験●沿岸魚類の産卵量・稚魚分布調査●オニヒトデ幼生およびその餌生物となるプランクトンの分布調査

生物的connectivity解明 （ST３，４）●オニヒトデ・サンゴの集団遺伝解析●受精遺伝子から受精効率の推定●環境要因と遺伝子型の比較

環境・陸源負荷の野外調査 （ST４，１）●定期海洋観測●降雨時の短期集中海洋観測●海水流動・物質輸送広域調査

島嶼－サンゴ礁－外洋統合ネットワーク系動態解明 （ST１）●陸域負荷評価モデル＋海水流動モデル＋物質循環モデル＋幼生分散・生態系応答モデル

・石西礁湖における生態系回復力（レジリエンス）低下機構の解明
・オニヒトデ大量発生・維持機構解明による
石西礁湖自然再生への貢献

期待される成果・行政ニーズへの貢献
石西礁湖自然再生協議会（主要事務局：環境省）での短期目標達成に向けての有効な科学的知見の提供＜生態系劣化メカニズム解明＞
サンゴ礁生態系のレジリエンス低下機構,とオニヒトデ大量発生・維持機構を中心に解明＜有効な保全施策の提示＞
１）サンゴ幼生供給能力のみならず加入能力（“再生ポテンシャル”）の観点から見た
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・・・これまでの赤土流出削減目標のみの議論を超えて、オヒニトデ大量発生制御などの観点も踏まえた栄
養塩負荷も含めた総合的陸源負荷削減目標の提示

本研究の成果は、環境省がH23年3月に策定した海洋生物多様性保全戦略でのH25年度以降の主要検討課題の一つとなっている重要海域の保全戦略フレーム策定のひな形の一つになり得る
愛知目標(2010)：（目標１０）「2015年までにサンゴ礁その他の脆弱な生態系について，その生態系を悪化させる複合的な人為的圧力を最小化し，その健全性と機能を維持する」 にも貢献できる