博 士 （ 水 産 科学 ） 山 下 由 起子

学位論文題名
LOPC(Laser O
ptical P
lanktonCounter)を用いた動物プランクトンの計測に関する研究
学位論文内容の要旨
漁業資源の変動機構を解明するためには，単に漁獲量や漁獲強度を把握するだけでなく，漁業資源の生息域を網羅する広い海域において，水温，塩分，海流などの物理的から餌環境などの生物的環境までを定量的に把握し，長期間にわたルデータを蓄積していく必要がある。すなわち，時・空間的にできるだけ広範囲な領域からの，効率的かつ詳細なデータの取得が求められる。海洋生物の直接計測手法として主に利用されているのは，採集具を用いる採集計測や，計量魚群探知機を用いる音響計測であり，特に音響計測は広い海域を効率よく計測する手法である。しかし，動物プランクトンなどの小型生物の計測においては，その解析手法は現在でも研究課題となっており，また，
種 判別の ため の標 本測 定は 多大 な労カを必要とするため，その効率化も求められている。
こうしたことから，動物プランクトンを対象とした自動計測機器であるOPC(OpticalPlanktonCounter）等が注目されている。OPCはLE
D光源で計測面をっくり，プランクトン（粒子）が計測面を通過する際に生じる光量変化を読み取ることで，直接通過粒子の数や大きさを算出する仕組みを持つ。このため，迅速なプランクトン分布の計測が期待できるが，計測生物を直接確認できないことが課題となっている。近年では，その光源や計測システムの構造が改良され，計測精度の向上とプランクトン形状の再現を可能としたLOPC（Laser−0PC）が開発されたが，計測対象種の特定には課題が残されている。したがって，現状では各研究者の経験にもとづぃてLOPC
データの解析がな され ている のが 実情で あり ，その 計測 手法は いま だ発展 途上 といえる。
本研究では，LOPCを用いた種別動物プランクトンの計測手法を確立することを目的とし，海上試験により種別動物プランクトン計測の有効性を検討するとともに，水槽実験によってプランクトンに対する計測特性を調べ，LOPCによる計測データの新たな解析法を提案した。また，本手法を用 い て 知 床 周 辺 半 島 に お け る 動物 プ ラ ン ク ト ン の 計 測 を 行 い ，そ の有 効性 を示 した 。
1．L〇PCを用いた種別動物プランクトン計測の有効性
LOPCを用いた種別動物プランクトン計測の有効性を検討するため，網口口径80cm
のりングネットの網口にLOPCを取り付け，北海道知床半島周辺海域の17地点において採集計測を行い，LOPCによって計測された生物量(LOPCバイオマス）とりングネットによるプランクトン採集量を比較した。計測方法は，水深30mから表層までの水深帯において線速0.
5 m/s鉛直曳きとした。LOPC
バイオマスと採集量それぞれの総量の問には強い相関は見られなかったが，カイアシ類が優占的に―50一

採集された調査点（計5点）に限ると，特定のESD(EquivalentSphericalDiameter)の範囲(
10312‑103．5ロ m)に おけ るLOPC
バ イ オマ スと カイ アシ 類量 との 間に 強い相関(R＝ 0.909〜0.
973)が示された。
しかし，ゼ ラチン状生物が優占的に採集された調査点ではこのような傾向はみられなかった。また，
LOPCに よ る 計 測 粒 子 の 中 に は ， 小 さ な ESDに 対 し て 非 常 に 大 き な 計 測 面 通過 方向 の長 さ(FL，Forward Length)をもつ粒子が多数みら れ，半透明な体を持っクラゲなどゼラチン状生物を計測したも ので ある と考 えら れ た。 これ らよ り， LOPCを用 いて 種別分布量を計測するには ，対象海域の生物種組成をあらかじめ把握しておく必要があることが明らかとなった。
2．プランクトンに対する LOP
Cの計測特性知床半島周辺海域において優占して採集されたオキ アミ類Euphaus
ia pacif
ic
aのジュブニル幼生（平均体長4.50 mm)，カイアシ類Neocalan
us plumclusのコペポダイト5期（平均頭胸長3.
90 mm)，タンキャク類Tem
ist japonica（平均頭胸長3.76 mm)を供試標本に用い，小型回流水槽においてプラン ク ト ンに 対す るLOPCの 計測 特 性を 調べ た。 各プ ラン クト ン種 の形 状の 差を 示す と考 え られ る
ESDと FLの 関 係 お よ び ESDと ア ス ペ ク ト 比 (ESDと FLの 比 ） の 関 係 は ， 種 ご と に 異 な る 計 測 特性を示したが，個々の粒子の値は重複していた。また ，いずれの種に関しても計測粒子のアスペクト比 は90％以 上が 1.0 ‑ 3.6の範 囲の 値で あり ，自 然状 態で 観察 され た10.0
以 上の大きなアスペ
クト 比を 持つ 粒子 が検 出されることはなかった。一 方，単一種の計測データから．なるES
D組成分
布は プラ ンク トン 種に よら ず， 対数 正規 分布 に従 う単峰の分布形状を示した。 以上より，LOP
C計
測量 の 種 別 計 測量 の推 定には 統計 的手 法の 適用が 有効 であ るこ とが示 唆さ れた 。
3． 混合 正規 分布 モデ ルを 用い た種 ごと のESD組成 の分 解
単一 種の プラ ンク トン を 計測 した E
SD組成 が対 数正 規 分布 に従 うこ とから，LOPCデータに混合正 規 分布 モデ ルを 適用 する こと によ って ，LOPC
計 測量 を 種別 に分 解す る方 法を 提案 した 。LOPCカ ウ ン ト の 相 対 頻 度 分 布 ゐ は LOG(ESD)を 変 数 と す る 門 個 の 正規 分布 の混 合分 布で ある とし ，以 下の 式を 用い た。

ら（x）

茎冖＆（x）か mは小高。竍轡）
ここで，ル，のは正規分布9i(X)の平均と標準偏差である 。また，Piは各分布の混合率であり，次の条件が成り立つ。

。
FlInr

Il

一上

本 方 法 で は ， LOPCカ ウ ン ト と LOPCバイ オ マ スの 分 布 曲線 を 個 別 に求 め る ので は な く， LOP
Cカウ ン ト の分 布 曲 線 のパ ラ メ ータ 推 定 時に LOP
Cバ イ オマ ス の E
SD分 布 を重 み と して 利 用 する こ とによ り ， 両 者の 分 布 曲線 を 同 時に 推 定 した 。 こ れに よ り ，LOPCカウ ン トとLOPC
バイ オマス の分
布の 関 係 性 を考 慮 し て両 者 の 分布 曲 線 を推 定 す るこ と が 可能 と な る 。同方 法により 分解さ れたL
OPC計 測量 は ， 調査点ご とにわ ずかに異 なる生物 サイズ にも対応 し，採 集調査に よって 計測されたプ ラ ン ク トン 分 布 量と よ い 相関 を 示 した 。
4．知 床半島周 辺海域 における 動物プラ ンクト ン分布の 計測
LOPCを用い て知床半 島周辺 海域の動 物プラ ンクトン 分布を 計測し， 前章で提 案した 手法を用 いて LOPC
計測 量を分解 し，採 集調査に よって 確認され た優占種 である カイアシ 類の種 別計測量 をある 程 度 正確に推 定するこ とがで きた。さ らに， LOPC計測量を 用いる ことで， カイア シ類の分 布につ いて鉛 直断面を 推定す ることが 可能で あること を示した。また，得られたカイアシ類分布の鉛直断 面と水 温，塩分 の鉛直 断面との 視覚的 な比較か ら，さらに詳細な分布特性を把握することが可能で あるこ とを示し た。
以上の結 果を通し て，対 象とする 種の計 測特性があらかじめ把握できれば，本研究で提案した解析 方法を 用いるこ とで， その種の 分布量 をある程 度広域に計測できるとともに，その詳細な分布構造 も把握 できるも のと考 えられる 。
本 研究で提 案され た手法を 用いるこ とによ り，対象海域における優占種の分布を精度良く推定する ことがで きると考 えられ る。さら に，こ れらの解析を通して，対象としたプランクトンの詳細な鉛 直分布断 面を推定 するこ とも可能 である 。鉛直分布断面を得ることができれば，水温や塩分の断面 図と直接 比較する ことが でき，例 えば画 像間演算などの画像情報解析を導入することで生物量と海 洋 環境の関 係をより 明らか にするこ となど も期待で きる。 また，LOPCの データ は任意の 水深にっ いて抽出 すること ができ るため， 音響計 測で把握できる魚類の鉛直分布と比較することも可能であ る 。このよ うに，LOPC計測に韜 ける本 手法の利 用は，水 産海洋 情報の多 次元的 解析の進 展に寄与 するもの と思われ る。

― 52ー学位論文審査の要旨
主査
副査
副査
副査
副査

教授
教授
准教 授
准教 授
名誉教授

木村齊藤向井藤森三浦

暢夫
誠一
徹康澄
汀介

学 位 論 文 題 名LOPC (Laser Optical Plankton Counter)を用 いた動物プランクトンの計測に関する 研究
漁業資源 の変動 機構を解 明するた めには，単に漁獲量や漁獲強度を把握するだけでなく，対象資源の親子 関係を明 らかに する必要 がある。しかしながら，親魚量と加入量との関係が明確ではない
魚種も多 く，こう した場 合，産卵 後の資源の初期生残の状態を調べなければならない。こうした初期生残は 環境要因 と餌環 境に影響 されるため，調査においては対象となる仔稚魚だけでなくその餌となるプ ランクト ン類と 海洋環境 に関する情報の収集が定量的かつ継時的に行われる必要がある。
また，こ うした調 査は時 ・空間的 にできるだけ広範囲な領域を対象とすることが理想的である。海洋生物の 計測手段 として は，直接 採集法および音響計測手法が一般的に使用されるが，音響計測においても 種判別の ための 標本測定 が必要となる。そのため，動物プランクトンのような小型生物を効率的に 計測でき る方法 が求めら れてき た。
こうした ことか ら，動物 プランク トンを 対象とし た自動 計測機器であるO
PC(OpticalPlanktonCounter）， さらに その発展 型であ るLOPC（Laser一OPC）が注目 されている。O
P
CはLE
D
光源で計測面をっく り，プラ ンク卜 ン（粒子 ）が計測面を通過する際に生じる光量変化を読み取ることで，直接通過粒 子の数や 大きさ を算出す る仕組 みを持つ 。さら に，LOPC
では 光源や 計測シス テムの構造が改良さ れ，計測 精度の 向上とプ ランク トン形状 の再現 を可能と なった。 ただし ，現状で はLO
P
C
データの 解析は各 研究者 の経験に もとづいて行われているのが実情であり，その計測手法はいまだ発展途上 といえる 。
本研究で は，LOPCを 用いた動 物プラ ンクトン の計測 手法を確 立するこ とを目 的とし， 海上試験により種 別動物プ ランク トン計測 の有効性を検討するとともに，水槽実験によりその計測特性を明らかにし ，LOP
Cによ る計測デ ータの 新たな解 析法を提 案した 。また， 本手法 を用いて 知床周辺半―53―

島における動 物プランクトンの計測を行い，その有効性を示した。得 られた成果は以下の通りである。
1） LOPCに よ る 種 別 動 物 プ ラ ン ク トン 計測 の有 効性 を検 討す るた め， LO
PC計測 量と 採 集調 査によるプラ ンクトン採集量の比較を行い，ESD（等価球直径：Equiv
alentSphericalDiameter)のサ
イズを範囲 を主観的に決定することで，プランクトン採集量との相 関が高くなることを示した。
また ，こ のこ とか ら， LOPCを 用い て種 別分 布量 を計 測す るた めに は， LO
PC計測 量 を客 観的方法により 種別に分解する方法が必要であることを示した。

2）小型回流 水槽を用いてオキアミ類，カイアシ類，タンキャク類の 標本を対象とした実験を行い，
動 物プ ラン クト ンに 対す るLOPCの 計測 特性 を明 らか に した 。計 測粒 子の E
SDとFL (ForwardLength)の関 係（ アス ペク ト 比） およ びESD
サ イズ など の 計測 特性 は， プラ ンク トン 種ご とに異 なる 傾向 を示 した が ，動 物プ ラン クト ン形 状の差に比べてこれらの特性値の違いは顕著 ではなく，計測特性値そのものから計測対 象種を特定することは困難であることが明らかとされた。
ま た ，3種の プラ ンク トン の E
SD組成 分布 は， 供試 標本 の 種類 や大 きさ に関 わら ず， いず れも対 数 正規 分布 に従 うこ とを 示し た。 この こと から LO
PC計 測量 の種 別の 特定 には 統計 的解 析手法の適用が有効であることを示唆した 。
3） LO
PCデー タに 混合 正規 分 布モ デル を適 用す るこ とに よっ て， LO
PC計測 量を 種別 に 分解 する
方 法 を 提 案 し た 。 同 方 法 で は ， LOPCカ ウ ン ト と LOPCバ イ オマ スの 分布 曲線 を個 別 に求 めるの で は な く ， LOPCカ ウ ン ト の 分 布 曲 線 の パ ラ メ ー タ 推 定 時 に LOPCバ イ オ マ ス の ESD分布を重 みと して 利用 する こと によ り， 両者 の分 布曲線を同時に推定した。分解されたLOPC
計測量 は調 査点 ごと にわ ずか に異 なる 生物 サイ ズに も対応し，採集調査によって計測されたプランク トン 分布 量と 高い 相関 を示 し， 本方 法の 有効 性 が示 され た。
4） LOP
Cを 用い て知 床半 島周 辺海 域の 動物 プラ ン クトン分布を計測し，提案し た手法を用いた分布量 の推 定を 行っ た。 その 結果 ，採 集調 査に よ って確認された優占種である カイアシ類の種別
計 測量 を正 確に 推定 でき るこ とが 示さ れた 。 さらに，LOPC
計測量を用いる ことで，カイアシ類の 分布 につ いて 鉛直 断面 を求 める こと が可 能 であり，この手法により海洋 環境と対応付けた
詳細 な分 布特 性の 把握 が可 能と なる こと を示 し た。

本 研究 は， 海洋 にお け る小 型生 物の 新た な計 測手法として注目されるLO
PCの 計測特性を明らかにするとともにデータ解析上の問題点を 抽出し，データの適切な解析手法を提案している。さらに，
実際 の海 上試 験の 結果 か ら同 手法 の有 効性 を示 すとともにLO
PCの利用が今後の 海洋計測と資源研究に新たな可能性を与えることを示唆し た。よって，審査員一同は申請者が博士（水産科学）の学位を授与される資格のあるものと判定し た。
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