資料５－１

環境総合推進費プロジェクトの現状報告
ST1: シミュレーションと現地デー
タに基づく構造解析

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

石西礁湖のサンゴ群集の衰退を引き起こしている主要因の一つである、オニヒトデの大発生の原因を究明する。

オニヒトデ大量発生の仮説：栄養塩仮説

オニヒトデ幼生の生残率は餌となる植物プランクトンの増加に伴い、急激に上昇する。

陸からの栄養塩の負荷が増えることでオニヒトデの大量発生が起きやすくなる？？

オニヒトデ幼生の生残率

植物プランクトンは硝酸やアンモニウム、リン酸などの栄養塩を用いて増殖する

植物プランクトン密度(Fabricius et al., 2010)

オニヒトデ大量発生でキーとなる（と思われる）プロセス① 放卵した卵の受精確率
放卵・放精した親ヒトデから離れれば離れるほど受精確率が下がる。
親ヒトデの密度が高いほど、受精確率が上がる。

一度大発生が起こると、次世代の大発生が起こりやすくなる。

(Babcock et al., 1994)② 幼生期間の餌となる植物プランクトンの獲得率（栄養塩仮説に対応）

現地観測による現象の理解・把握石西礁湖一斉採水（30地点）

・2013/6/17, 6/18, 6/21, 8/27, 9/5, 2014/6/7, 6/13 の計７回実施
・採水項目は、栄養塩(NO2, NO3, NH4, PO4, SiO2)、TDN・TDP、DOC、炭酸系(TA,DIC, pHなど)、Chl-a、メタゲノム用サンプリング・プランクトンネットによるオニヒトデ幼生サンプリング
・各地点でのAAQ/CTDによる鉛直プロファイル測定

NO3濃度 (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。

現地観測による現象の理解・把握石西礁湖一斉採水（30地点）
その他、・植物プランクトンの密度（クロロフィルa濃度） (ST4)・オニヒトデ幼生の分布 (ST3)・メタゲノム解析による詳細なプランクトン群集の調査(ST2)などが行われている。
これらの解析結果や、モニタリングサイト1000などのデータを活用し、オニヒトデ大量発生のメカニズム解明につなげていく予定。
さらに、オニヒトデの胃内容物の分析(ST2)によって、より詳細な検討を進める。

オニヒトデ大量発生のモデル化：ステップ①
オニヒトデ幼生の浮遊期間に経験する流動環
境や餌環境のモデル化①陸域でどのような質や量の負荷（栄養塩など）が発生し、海域へ流出するか？
②石西礁湖の海流はどのような構造になっているか？
③海域に流出した栄養塩はどのように海域に広がっていき、どのような場所でどのぐらいの規模で植物プランクトンの増殖するか？

これらを評価できるモデルが必要！

陸源負荷のモデル化
3D Time-Series
Visualization of
Nutrient/SedimentConcentrations

栄養塩流出量

河川流量・河川からの出水等による陸源負荷過程をモデル化することにより、陸源負荷の質や量を明らかにする・この陸源負荷モデルは、轟川の他に石西礁湖に流入している主要河川（宮良川、新川川、名蔵川、仲間川）で開発中

流動モデル‐低次生態系モデル
陸域から流出した栄養塩等が、どのように海域に広がっていき、どのような場所でどのぐらいの規模で植物プランクトンの増殖するか推定する。
NO3

Computational
domainTooruguchi

轟川
Todoroki
河口RiverBu-guchi
1 km

PO4

植物プランクトン密度石西礁湖スケールでの流動モデル開発

石西礁湖の流動モデルを開発し、ここに、陸域負荷モデル、低次生態系モデルを乗せることで、石西礁湖で物（幼生など）がどのように流れるか？や陸からの負荷がどのように石西礁湖に広がり、植物プランクトンの増加を招くか？など推定する。

オニヒトデ大量発生のモデル化：ステップ②
オニヒトデの生態学的側面のモデル化①放卵されたオニヒトデの卵が、どのぐらいの確率で受精に成功して幼生となり、それらがどのように流れて、どのぐらい生き残るか？（どれくらい餌となる植物プランクトンにありつけるか？） どこに流れ着いて着床し、稚ヒトデとなるか？
②稚ヒトデが成長し、サンゴを食べながら、どのように移動し、どのぐらいの成体の密度でどこで産卵するか？

これらのポイントを押さえたモデル化が必要！

オニヒトデの幼生分散シミュレーション：①放卵されたオニヒトデの卵が、どのぐらいの確率で受精に成功して幼生となり、それらがどのように流れて、どのぐらい生き残って着床し、稚ヒトデとなるか？

オニヒトデ成体の行動予測モデル：

オニヒトデ成体密度②稚ヒトデが成長し、サンゴを食べながら、どのように移動し、どのぐらいの成体の密度でどこで産卵するか？
サンゴ被度

オニヒトデによるサンゴの被食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

PhotosynthesisZZDiffusion

ZZZ

DOcoe DICcoe TAcoe
hcoe

幼生加入

放卵・放精

Ambient
seawater

DOamb DICamb TAamb

幼生加入

放卵・放精

CH2O
Ca-ATPase

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

まとめ
本研究の目指すところ
 石西礁湖のサンゴ群集の衰退を引き起こしている主要因の一つである、オニヒトデの大発生の原因を究明する。
 オニヒトデの生活史を詳細にモデル化した数値シミュレー
ションツールを開発することによって、オニヒトデの大発生を予測する。

これまでのオニヒトデ対策は対処療法的（発生後に駆除）であるが、このツールによって発生時期や発生源を予測することで、先手を取れるようになるかもしれない。

モデルシステムの今後の発展 サンゴについてもオニヒトデと同様に生活史をモデル化することで、サンゴ群集の変遷を再現し、将来予測につなげる。
 有効な保全策の検討
そのためには、、サンゴ幼生の分散～着底までの空間的なつながり（コネクティビティー）の検証（ST3と共同）
サンゴ着底基盤の環境を評価し、モデルに取り込む（ST4と共同）
白化や栄養塩に対する応答などをサンゴのモデルに組み込む。
オニヒトデによるサンゴの捕食をモデル化する