海洋研究紀要
20222017 年春
一人の生徒が海洋課題研究を始めた
アマモ場再生活動を干潟から評価する研究は代々受け継がれた

5 年後、海洋に関する研究ゼミとしてコース所属生徒全員が課題を設定し研究に取り組み始めた

先輩から後輩へ研究のバトンは受け継がれていく

第2号
岡山学芸館高等学校
医進サイエンスコース 12 期生

目次

アマモのもやし化原因の研究 人工環境下におけるアマモ実生育成………………林志龍 松井心優 三坂小春 迫田虹海……2
ウミケムシロボットをつくろう！ 動画解析による毛と蛇行の分析……………………………小池里歩 奥山紗帆 山本心音……6
ウミホタル発光の謎に迫る……………………………………江田亜加理 大橋さくら……10
身近に迫るマイクロプラスチック問題について…………………………………………………砂田侑風……12
海洋酸性化で牡蠣殻は溶けるのか 牡蠣殻とｐH の変化による実験………………………………………春田隆聖 國岡俊介……13
海上ロボット掃除機の開発………………土井智喜 谷口穂高 杉原壮太 柴田大翔……15
川の浮遊ゴミ滞留の集積要因について………………………………………杉原壮太 柴田大翔……19
波力発電の実用化に向けて……………………………………湯原萌々香 澤蒼彩……22
海ゴミ活用の創造性……………………………………………………長島柊依……25

岡山学芸館高等学校医進サイエンスコース 12 期生 海洋研究……………………………………………………………………27

海洋研究紀要 2022

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

アマモ実生のもやし化原因の研究
人工環境下でのアマモ実生育成
林志龍†1

松井心優†1

三坂小春†1

迫田虹海†1

アマモ（Zostera marina Linnaeus）は日本全国の沿岸部に生育する海産種子植物であり，その群生であるアマモ場は持続可能な海の保全に貢献する。岡山学芸館高等学校医進サイエンスコースでは海洋保全意識の喚起を図るために，ア
マモ実生ポットを一人１個ずつ作成し，人工干潟に定植する。しかし，2021 年度作成した実生ポットは，もやし化した実生が半数を占めていた。もやし化した実生は定植に用いられない。私たちは，アマモ実生のもやし化（青葉が展開しない）原因を研究した。本研究は３つの条件に注目して実験を行った。殺藻細菌を滅菌した種子を用いた実生ポット作成，種子の着底姿勢を変えた実生ポット作成，海水中のリン酸塩量を変えた実生ポット作成である。その結果，滅菌種子を用いたポットでは藻類が増殖する前にもやし化した。種子の姿勢は水流の影響を受けやすいことが分かった。また，通常ポットのもやし化率は全て 40%前後であったのに対して，リン酸塩量を減らしたポットでは 75%であった。これらのことから，藻類の増殖はアマモ実生のもやし化に影響しないことが明らかになった。着底姿勢とリン酸
塩量がもやし化に与える影響についてはさらなる検証が必要である。
キーワード：アマモ，本葉展開，殺藻細菌，着底姿勢，リン酸過剰1. 研究背景2. 研究目的岡山学芸館高等学校医進サイエンスコースでは，2017 年

アマモ実生のもやし化原因を解明し，より本葉展開率のから海洋保全教育として，アマモ場再生活動に取り組んで高いアマモ実生ポット作成方法を確立する。本研究では藻いる。その一環として，海水や光環境を統一した条件下で，類の増殖，種子の着底姿勢，リン酸塩量に注目し，それぞ

毎年一人一個のアマモ実生ポットを作成する。2020 年度にれの環境要因がアマモ実生のもやし化に与える影響を調べ作成した実生ポット（n=28）では，青葉を展開（以下本葉る。

展開）した実生が育ったポットと，青葉を展開しなかった（以下もやし化）実生が育ったポットが半数ずつ出現した（図１，図２）。2021 年度に作成した実生ポット（n=20）でも同様の現象が見られた。私たちはアマモのもやし化原因

3. 材料と方法
3.1 材料を解明し，実生ポット作成に参加した生徒全員の実生ポッ

2022 年 5 月 17 日，岡山県備前市日生町に面する瀬戸内トを本葉展開させることで，海洋保全への確かな貢献を実海に群生しているアマモ場からアマモ流れ藻を回収し，人感させることを目的とした。

工環境下で種子を成熟させた 1）（図３）。種子は海水の入ったシャーレに入れ，4℃の冷蔵庫で保存した。シャーレ内の海水は１週間ごとに交換した。

図１ 本葉展開した実生

図２

もやし化した実生図３

アマモ種子の成熟†1 Okayama Gakugeikan High schoolⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school2岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

3.2 アマモ実生ポット作成方法
17.5％の食塩水に種子を入れ，沈んだ成熟種子を実生ポット作成に用いた 1）。ピートモス製のジフィーポットに海砂を入れ，海水中に沈めて空気を抜いた。各ポットに 10 粒ずつ種子を蒔き，１㎝程度の海砂を被せた。広口瓶に滅菌海水を入れ，種子を蒔いたジフィーポットを入れた（以下通常ポット）。

4. 藻類の増殖
藻類の増殖がアマモ実生のもやし化に与える影響を調べる。
4.1 材料図４

単離同定したバクテリア

図５

もやし化した実生ポット

マリンブロス 2216 培地を用いて，千軒湾で採取したア
マモ流れ藻から単離したバクテリアを培養した。以下全ての手順において，培地をインキュベーター（sanyo mir-253）（20℃）で培養した。
4.2 方法4.2.1

2022 年 10 月 11 日，人工定植した千軒湾のアマモ場

からアマモ流れ藻を採取し，付着するバクテリアを培養した。2022 年 10 月 20 日，単離培養を行い，２日後にコロニーが観察された。2022 年 10 月 26 日，国立大学法人岡山大学資源植物科学研究所にてバクテリアの同定を行った。
4.2.2

アマモ種子を 0.6%の次亜塩素酸に２分間漬けて消毒した（以下消毒種子）。通常ポットと，消毒種子を用いた
実生ポット（以下消毒ポット）を温度（10℃～15℃），光条件（明 10h 暗 14h），NaCl 2.5%の下で，それぞれ作成した（n＝30）。消毒ポットと通常ポットで，藻類の増殖の有無を観察した。

可能性があるものが２種類確認された。それぞれ

Pseudomonas nitritireducens（橙）， Pseudoalteromonas
Raoultellaornithinolytica（白小）， Alteromonas abrolhosensis（白大）， Strain6 Roseivirga spongicola（紅），解読不可能（黄）であった（図４）。
4.3.2

バクテリア単離同定の結果，千軒湾のアマモ場に殺藻細菌が存在することが分かった。しかし，2021 年度に作成した実生ポット中，もやし化したポットでは藻類が増殖していたことから，それらのポットには殺藻細菌が存在しの本葉展開が妨げられたと考えた。

同定を行った６種類のコロニーのうち殺藻細菌のrubra （ 赤 ） で あ る 。 残 り の ４ 種 類 は ，4.4.1

ないと推測した。すなわち，藻類が増殖した結果，アマモ

4.3 結果4.3.1

4.4 考察通常ポットと消毒ポットの発芽率は共に 60％（n=30）

4.4.2

殺藻細菌を滅菌した種子を用いて実生ポットを作成すると，ポット内に藻類が増殖し，その結果アマモがもやし化すると考えた。しかし，通常ポットと消毒ポットのうち，もやし化したポットに藻類の増殖が見られなかったことから，藻類の増殖はもやし化に影響しないと考えられる。また，2020 年度は未処理の海水，2021 年度は滅菌海水を用いて実生ポットを作成したことにより，藻類の増殖の有無に違いが生じた可能性がある。

であった。そのうちもやし化したものには，藻類の繁殖が見られなかった（図５）。

ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school3岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

5. アマモ種子の着底姿勢
海底でのアマモ種子の向き（以下着底姿勢）がアマモ実
生のもやし化率に与える影響を調べる。

1 ヶ月後，ジフィーポットから溶け出したリン酸塩量を計
測した。
6.1.2

5.1 方法5.1.1

けたものと２つ漬けたものをそれぞれ３つずつ用意した。

海水循環装置 2）に成熟種子（n=80）を投入して，海底地形での着底姿勢を調べた。

水漬けしてリン酸塩量を減少させたジフィーポットを用いた実生ポット（水漬けポット），ペットボトルを用いて最初からリン酸塩がない状態にした実生ポット（PETポット）を用意した。温度（10℃～15℃），光条件（明 10h

5.1.2

種子の着底姿勢を胚軸上向き，縦向きに設定し，実生ポットを作成した。

ペットボトル（n＝60）で実生を栽培した。
6.2 結果5.2 結果5.2.1

暗 14h），NaCl 2.5%の下で，通常（n＝30），水漬け（n=60）

海底地形を模した水槽に種子を投入した結果，80％が胚軸上向きの姿勢で落下した（図６）。

6.2.1

ジフィーポット１つから溶け出したリン酸塩量の平均値±標準偏差が 20.3±15.1ppb，ジフィーポット２つから溶け出したリン酸塩量の平均値±標準偏差が 75.3±
26.9ppb であった（表１）。
表１

ジフィーポットから溶け出したリン酸塩量

1 ヶ月後

ジフィー×1

ジフィー×2

39

113

20

61

2

52

20.3±15.175.3±26.9

リン酸塩濃度

胚軸上向き

(ppb)
平均値±
標準偏差
6.2.2

発芽率は通常ポット 57%，水漬けポット 0%，PET ポ

ット 40%であった。もやし化率は通常ポット 12%，PET ポッ
図６
5.2.2

アマモ種子の着底姿勢

海水が入った広口瓶内にジフィーポットを沈める

ト 75%であった（表２）。
表２発芽率ともやし化率

際に，ジフィーポット周囲で作り出された水流の影響を受け，種子の着底姿勢は大きく変化した。そのため，着底姿
勢をコントロールすることができなかった。
5.3 考察約 80％の種子が胚軸上向きの姿勢で着底したことから，着底姿勢はアマモの成長に影響を与えると考えた。また，水流の影響を受けてアマモ種子の着底姿勢が変化したことから，自然界においても種子の着底姿勢は水流の影響を受けて変化すると考えた。

リン酸塩量を変化させた実生ポットの

発芽率

もやし化率

通常

17/30

57%

2/17

12%

水漬け

0/20

0%

―

―

PET

24/60

40%

18/24

75%

6.3 考察ジフィーポットから溶け出したリン酸塩量が大きくばらついていたことから，ジフィーポットに含まれるリン酸
塩量のばらつきによって，アマモの成長に違いが現れたと考えた。水漬けポットと PET ポットは通常ポットと比べて6. 海水中のリン酸塩量
リン酸塩量がアマモ実生のもやし化に与える影響を調

発芽率が低く，もやし化率が高いことから，リン酸塩量が低いとアマモが成長しない可能性がある。水漬けポットで種子発芽率が 0％であった原因は不明であるため，水漬け

べる。

操作による影響を解明する必要がある。
6.1 方法6.1.1

蒸留水が入った広口瓶にジフィーポットを１つ漬ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school4岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

7. 結論
藻類の増殖はアマモのもやし化に影響を及ぼさない。また，本研究では種子の着底姿勢がアマモ実生のもやし化に与える影響を解明することはできなかった。そして，リン酸塩量が少ないともやし化率が高くなる可能性が考えられ
る。

8. 展望
種子の着底姿勢がアマモ実生のもやし化に与える影響を明らかにする。また，アマモ実生の成長における最適リン酸塩量を決定する。そして，ジフィーポットの水漬け操
作がアマモ実生のもやし化に影響を及ぼすメカニズムを解明する。さらに，推定本葉展開条件として光条件と海水溶
存酸素濃度を調べる。それらの知見を用いて，アマモ実生
ポット作成の手法を改良し，本葉展開率を高める。その結果本研究の目的である，アマモ実生ポット作成に参加した生徒たちに海洋保全への貢献を実感させることを目指す。

9. 謝辞
本研究の遂行にあたり，ご指導を賜った岡山学芸館高等学校柳雅之教諭，吉岡希裕教諭，東京大学大学院理学系研究科上村智稀様，誠にありがとうございました。また，研究資金を提供していただいた公益財団法人日本財団様，株式会社リバネス様，公益財団法人おかやま環境ネットワー
ク様に感謝申し上げます。さらに，バクテリア単離同定作
業でご指導いただいた岡山大学資源植物科学研究所植木尚子准教授，アマモ実生ポット作成にあたってご指導いただ
いた日生町漁協の皆さまに御礼申し上げます。

10. 引用文献
1）入澤佳苗ら

第 66 回 日本学生科学賞岡山県審査 出品

論文 2022 年 9 月 アマモ種子の成熟と発芽促進について
2）劉美辰ら 岡山学芸館医進サイエンスコース海洋課題研
究 2019 年 9 月 人工干潟の生物多様性について

11. 受賞
本研究は 2021 年度株式会社リバネス主催マリンチャレ
ンジプログラム採択研究であり，中四国ブロック大会で優秀賞を獲得した。また，北海道大学主催海の宝アカデミッ
クコンテストサイエンス部門で全国大会優秀賞りゅうぐうのつかい賞を受賞した。さらに，第８回全国ユース環境活動発表大会中国大会，および公益財団法人国際エメックス
センター主催令和 4 年度高校生による海洋環境保全に関する公開研究発表会にて，優秀賞に選ばれた。

ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school5岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

ウミケムシロボットを作ろう！
動画解析による毛と蛇行の分析
小池里歩†1

奥山紗帆†1山本心音†1

ウミケムシ（Chloeia flava）は多毛網ウミケムシ目ウミケムシ科に分類される。ウミケムシが持つキチン質の毛にはコンプラニンという毒がある。また，水陸どちらでも素早く歩行ができるという特徴を持つ。ウミケムシの歩行機構が解明できれば，人が立ち入れない場所での物資運搬や探索などに使用可能な水陸両用ロボット作成に活用できると考えた。本研究では歩行速度の制限要因の解明，歩行のメカニズムの研究を行った。歩行速度の制限要因の解明にあたって，毛と蛇行に着目した。毛の実験では，何も手を加えていない個体（以下通常時）と毛を全て抜いた個体（以下抜毛時）を用いて，水中と陸上での歩行速度を比較した。結果，水陸ともに抜毛時の速度が低下した。また，抜毛時の様子から，毛がないと歩行が困難になると考えた。蛇行の実験では，何も手を加えていない個体（以下通常時）と蛇行を制限した個体（以下蛇行制限時）を用いて，水中での歩行速度を比較した。結果，蛇行制限時の速度が低下した。歩行のメカニズムの研究では，動画解析ソフト ImageJ を用いて，前後に並ぶ毛の軌跡を解析した。解析結果
から，前後の毛はほぼ等間隔で同じ軌跡を連続的に描くことが明らかとなった。また，同ソフトで尾部の軌跡を解析した。解析結果から，振り子のように体を曲げて蛇行することが分かった。本研究から，毛と蛇行は歩行速度の制限
要因で，一定の軌跡を描いていると考えた。今後の課題は，ロボットの設計図と，毛と蛇行の軌跡の数式で表したものを，シミュレーションソフト Unity に取り込むことで，機能の検証を行うことと，試作・改良を繰り返すことである。
キーワード：ウミケムシ，水陸両用ロボット，毛，蛇行

1. 研究背景
私たちは，ウミケムシが水陸両方で素早く歩行ができる
ことに興味を持ち，研究を始めた。さらに調べると，水陸両用で動くことができるロボットはあるが，素早い歩行が可能なロボットは少ないことが分かった 1)。ウミケムシの歩行機構が解明できれば，人が立ち入れない場所での物資運搬や探索，素早さを必要とする救助活動などに使用可能な水陸両用ロボットの作成に活用できると考えた。

2. 研究目的
図 3-1

ウミケムシの歩行機構を解明し， ウミケムシを模倣した歩行ロボットを作成する。本研究では，歩行速度の制限
要因と歩行メカニズムに関して毛と蛇行に注目し，動画解析ソフトを用いて解明する。

ウミケムシ釣り3.2 飼育方法
1 回目は水温 24 度，塩分濃度 3％の人工海水に，カルキ抜きを行う薬品を加えたものを水槽（45 ㎝×35 ㎝×30 ㎝）に溜め，最大吐出能力約 1.0L/min の，強さを調節できない

3. 捕獲および飼育方法

エアレーションエアポンプ Ei-10（図 3-2）を稼働させて飼

3.1 捕獲方法育した。しかし，水槽に移した翌日に捕獲したウミケムシ観察研究のため，ウミケムシを捕獲した（図 3-1）。

5 匹全てが死亡した。エアレーションにより生じた水流は

2022 年 6 月 11 日（1 回目）， 2022 年 6 月 18 日（2 回目）

ウミケムシを吹き飛ばし，薬品の過剰投与による泡の発生に，20 時から 24 時頃の岡山県玉野市の宇野港で捕獲した。

が見られた。

道具は釣り竿，ゴム手袋，ガムテープ，フィッシングプラ

2 回目は水槽用のクーラー（図 3-3）を稼働させ，水温 18

イヤーを用い，釣り餌はゴカイを使用した。1 回目は 5 匹，度に保った。宇野港の海水の塩分は，2.8％で私たちが作っ

2 回目は 10 匹のウミケムシを捕獲した。

た人工海水よりも低いことが分かったため，宇野港の海水を用いた。カルキ抜きを行う薬品を加えずに，宇野港の海
水を別の水槽（60 ㎝×30 ㎝×35 ㎝）に溜めた。最大吐出†1 Okayama Gakugeikan High school

能力約 6.7L/min の，強さを調節できるエアレーション
Submersible PumpAC-707（図 3-4）を最弱で稼働させ，生ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school6岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

じる水流もウミケムシに直接当たらないようにした。する
と，捕獲したウミケムシ 10 匹全てを 1 か月以上飼育することが分かった（図 3-5）。

図 3-2エアポンプ Ei-10

図 3-3 水槽用クーラー
図 4-3

撮影

5. 毛の有無による移動速度の違い
5.1 仮説歩行速度の大きいウミケムシは毛が有り，ウミケムシの近似種であり歩行速度の低いゴカイには毛が無いことから，
毛は歩行速度の制限要因の 1 つだと考えた。また毒を外敵
図 3-4

Submersible PumpAC-707

図 3-5 飼育に注入する際，毛は抜けるか折れるので，毛が無い状態でも問題なく歩行出来ると考えた。

4. 実験と方法

5.2 解析手法

4.1 実験前処理

水中での通常時と抜毛時の歩行速度，陸上での通常時とピンセットを用いてウミケムシの毛を全て抜毛した（図4-1）。50 ㎝×5cm の定規を 2 つ繋げて作成した 50cm×10cm

抜毛時の歩行速度を，動画解析して得たデータを Excel でグラフを作成して比較した。

の板をウミケムシの両サイドに設置し，蛇行を制限した（図4-2）。

5.3 結果以下図 5-1,図 5-2 に結果を示す。箱ひげ図の縦軸はウミケムシの 1 秒間の歩行速度（㎝/秒）を表している。

図 4-1

ウミケムシの抜毛

図 4-2

蛇行制限

4.2 実験
水中での実験は，実験に用いる個体を海水で満たした小水槽に移して行った。陸上での実験は，実験に用いる個体
を砂浜の砂を敷いたバットに移して行った。それぞれ歩行する様子を定点カメラで撮影し（図 4-3），動画解析ソフト
ImageJ を用いて解析した。解析結果をもとにグラフを作成した。

ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school

図 5-1

水中での通常時と抜毛時の移動速度

7

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

図 5-2

陸上での通常時と抜毛時の移動速度

図から，水中（図 5-1）では，通常時では最大 3.42 ㎝/
秒，抜毛時では最大 0.13 ㎝/秒で歩行することが分かった。
陸上（図 5-2）では，通常時では最大 0.68 ㎝/秒，抜毛時

図 6-1

水中での通常時と蛇行制限時の移動速度

7. ImageJ を用いた隣接する毛の軌跡解析
7.1 方法では最大 0.12 ㎝/秒で歩行することが分かった。これらの通常時のウミケムシが水中で歩行している様子を，定点結果から，抜毛すると歩行速度が著しく低下することが分

カメラで撮影した。動画解析ソフト ImageJ を用いて，前後かった。よって，毛は歩行の推進力に大きな影響を与えてに隣接する特定の毛(図 7-1)の軌跡を解析した。解析結果いると考えられる。

をもとにグラフを作成した。

6. 蛇行の有無による移動速度の違い
6.1 仮説7.2 結果グラフ (図 7-2) の X 軸は撮影範囲の横方向（㎜），Y 軸
は縦方向（㎜）を表しており， 青い線が隣接する毛の頭部

ウミケムシと同じ蛇行を行うムカデや蛇などの生物は素側の軌跡，橙色の線が尾部側の軌跡である。グラフから，早く移動することから，蛇行は歩行速度の制限要因の 1 つ

隣接する前後の毛は，等間隔で同じ軌跡を連続的に描くこだと考えた。

とが分かった。

6.2 解析手法
水中での通常時と蛇行制限時の歩行速度を，動画解析して得たデータを Excel でグラフを作成して比較した。
6.3 結果箱ひげ図の縦軸はウミケムシの 1 秒間の歩行速度（㎝/秒）を表している。
図（図 6-1）から，通常時では最大 3.42 ㎝/秒，蛇行制
限時では最大 0.25 ㎝/秒で歩行することが分かった。これ
らの結果から，蛇行制限すると歩行速度が著しく低下することが分かった。よって，蛇行は歩行の推進力に大きな影響を与えていると考えられる。

図 7-1ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school

前後に隣接する毛

図 7-2

隣接する毛の軌跡

8岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

8. ImageJ を用いた蛇行の軌跡解析
8.1 方法9. 考察
ウミケムシは水陸両方で歩行可能だが，毛と蛇行の実験

通常時のウミケムシが水中で歩行している様子を，定点カを通して，陸上より水中の方がより素早いことが分かった。

メラで撮影した。動画解析ソフトである ImageJ を用いて，

図 5-1 と図 6-1 を比較すると，蛇行制限時より抜毛時の特定の尾部 (図 8-1)の軌跡を解析した。解析結果をもとに方が移動速度の低下が著しいことから，蛇行より毛の存在

グラフを作成した。

がウミケムシの歩行の推進力に大きな影響を与えていると考えた。また，抜毛個体は蛇行してもほとんど前進しなか

8.2 結果った様子から，毛が無いと歩行が困難になると考えた。

グラフ (図 8-2) の X 軸は撮影範囲の横方向（㎜），Y 軸

本研究では，毛の有る個体と無い個体のみを用いて実験は縦方向（㎜）を表しており，下部が軌跡の始点，上部がを行ったが，毛の除去する量・部位など，細かく条件を変終点である。屈曲部は尾が左右に方向転換する箇所，屈曲

えて比較した個体を用いることで，歩行において必要な毛部間の直線は尾が半往復するまでの距離を表している。

の量や，機能欠失による影響を調べることができる。

またこの半往復の長さの平均から，往復 4cm，周期 0.8
秒，振動数 1.25Hz，振幅 0.02m と y-t 図 (図 8-3) を求めた。

10. 展望本研究によって得た毛と蛇行の軌跡を数式で表したもの
をもとに，ウミケムシロボットの設計図を作成する。シミュレーションソフト Unity に設計図を取り込み，作成した
3D モデルを用いて，正しく機能するか検証する。検証後，試作と改良を繰り返して，ウミケムシロボットの完成を目指す。

11. 謝辞本研究の遂行にあたり終始多大なご指導をして頂いた，
岡山学芸館高等学校医進サイエンスコース柳雅之教諭，吉岡希裕教諭，研究発表に対して助言をして頂いた，リバネスの石尾淳一郎様に深く感謝申し上げます。

12. 参考文献
図 8-1

尾部の点

図 8-2

蛇行の軌跡

1） 脇元修一,鈴森康一,神田岳文
生物を模倣した水陸両用柔軟索状ロボット 2006 年
https://www.jstage.jst.go.jp/article/kikaic1979/72/714/72_714_4
71/_pdf/-char/ja
日本機械学会論文集 C 編 72 巻 714 号
476 ページ 10～11 行目，41 行目

13. 受賞
本研究は，北海道大学主催海の宝アカデミックコンテス
トマリンサイエンス部門近畿・中国ブロックで優秀賞，2022
年 10 月東京薬科大学生命科学部主催 TAMA サイエンスフェ
スティバル in TOYAKU2022 で敢闘賞，2022 年 12 月株式会
図 8-3

y-t 図

社リバネス 主催サイエンスキャッスル 2022 中四国大会
で岡山理科大学賞を受賞した。

ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school9岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

ウミホタル発光の謎に迫る
江田亜加理†1

大橋さくら†1

ウミホタルは，顎脚鋼貝虫亜鋼ミオドコパ上目ミオドコダ目ウミホタル科ウミホタル属に属する甲殻類である。ウミホタルは外敵への威嚇，求愛目的などで体内にあるルシフェリンを体外に放出する。海水中でルシフェリンは酸化され発光する。先行研究より，ルシフェリンの最適温度と最適 pH は低温，中性の時に最も強く長時間発光することが報告されている。しかし，温度と pH を 2 つのパラメータとしたときの発光条件については知られていない。本研究では，温度 5℃，23℃，40℃と，pH 5.1，pH 7.1，pH 8.2 を組み合わせた 9 種類の溶液を準備し，それぞれの環境下において，乾燥ウミホタルが発光した時間と輝度を計測した。溶液はお酢，食塩水，重曹水を使用し，pH の計測にはハンディ型 pH 計測器，輝度の計測には QUAPIX Lite を使用した。結果，低温かつ pH 8.2 の溶液で最も強く発光した。
低温で弱アルカリ性という環境は，冬の海の状況に近い。透明度が高く外敵に見つかりやすくなる冬の海で，自らの身を守るために，ウミホタルのルシフェリンは明るく長時間発光する可能性があると考えられる。
キーワード：ウミホタル，最適 pH，ルシフェリン，発光1. 研究背景

2. 材料と方法

世界には発光生物が数多く存在する。私たちは，発光生

2.1 材料物の発光の仕組みに興味を持った。発光生物の中でウミホ本研究では乾燥ウミホタル，pH 5.1，pH 7.1，pH 8.2 のタルは入手しやすく保存可能である。日本では太平洋沿岸

お酢，食塩水，重曹水の３種類の溶液，乳鉢，乳棒，スポに幅広く生息している。先行研究 1)より，ウミホタル生体

イト，精製水を用いた。温度と pH の計測にはハンディ型 pH

内での酵素ルシフェラーゼは常温常圧で化学反応を促進す

計測器(図２)，輝度の計測には QUAPIX Lite というアプリる。しかし，ウミホタルは酵素の作用で光っているにも関を使用した(図３)。

わらず(図１)，低温と pH 7(中性)付近の時に最も強く長時間発光すると報告されている。なぜ低温かつ pH7 付近の水を加えた時に強く発光するのかという疑問をもった。

図１

図２

研究に使用した実験器具

図３

QUAPIX

ウミホタルの発光

ウミホタルの発光の特徴を調べるため，ウミホタルの酵
素ルシフェラーゼの最適温度が低いために低温で強く発光するのではないかという仮説を立て，実験を行った。

Lite で輝度測定2.2 方法
†1 Okayama Gakugeikan High school

乾燥ウミホタルにそれぞれの溶液を加え，発光時間と輝度を計測する。お酢(pH 5.1)，精製水(pH 7.0），重曹水(pHⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school10岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

8.2)の 3 種類の溶液を 5℃，23℃，40℃と温度を変え，すり潰した乾燥ウミホタル(0.2ｇ)に加える。発光時間を計測
し，輝度を QUAPIX

Lite(アプリ）で測り，光の違いを確かめる。

ないかと考えた。
今後の課題として，生きているウミホタルと乾燥ウミホ
タルの発光の比較，より正確な輝度の値を測定すること，
実際にウミホタルの生息する海水の pH と温度を計測する
ことがあげられる。

3. 結果
発光時間の結果より(図４)，重曹水(pH 8.2)の溶液で

5. 謝辞

５℃では，5 分 17 秒，23℃で 7 分 14 秒，40℃で６分 58 秒

本研究の遂行にあたり，指導教官として終始多大なご指と発光した。特に，重曹水(pH 8.2）の 23℃で発光時間が導を賜った岡山学芸館高等学校柳雅之先生，吉岡希裕先生

１番長いことがわかる。

に深く感謝致します。

6. 参考文献
１）加藤学園暁秀中学校・高等学校 科学部生物班
生物ウミホタル不思議

発光の謎に挑む

https://gakusyu.shizuokac.ed.jp/science/sonota/ronnbunshu/h29/173046.pdf

図４

ウミホタルの発光時間

輝度の結果より(図５)，5℃のグラフから重曹水(pH 8.3）のアルカリ性で輝度 1.37 と大幅に高くなっている。23℃のグラフは，輝度の変化は見られない。40℃のグラフは，
pH 5.1 で 0.72 と輝度が高い。

3.1 目的図５

ウミホタルの輝度測定

4. 考察
結果から，すべての温度でアルカリ性の時に長時間発光した。輝度は，5℃の重曹水(pH 8.2）で最も高かった。ゆえに，私たちの立てた仮説に反して，アルカリ性の時に最も長時間発光し，輝度は低温の時が最も強かった。冬の海
水は低温で弱アルカリ性のため，透明度があがることで外敵から見つかりやすくなり身を守るために発光するのではⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school11岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

身近に迫るマイクロプラスチック問題について砂田侑風†11950 年頃から，海ゴミが問題になっている。私は海ゴミ問題の中でもマイクロプラスチックに注目した。魚がマイク
ロプラスチックを餌と勘違いして誤飲しているというニュースが報道された。私は市販されている魚を捌くと胃の中からマイクロプラスチックが見つかると仮定した。スーパーに売られているアジを 10 匹捌いた結果，大きさ 2mm のプラスチック断片が 1 つ見つかった。今後，魚のサイズが違うと見つかるマイクロプラスチックの数に変化があるかどうかを調べるために，本研究で捌いた魚とは違うサイズの魚を捌いて，比較する必要がある。
キーワード:マイクロプラスチック，食用魚，解剖，胃内容物

1. 研究材料と方法

3. 考察

スーパー（マルナカ）で売られているアジを 10 匹購入す

アジを 10 匹捌いて，マイクロプラスチックが 1 つ見つる。そして 2022 年 8 月 26 日に 10 匹すべて捌き，内臓をかった。見つかったマイクロプラスチックはバケツやペッ

取り出す(図１)。胃を包丁で切り中身が見えるようにして，トボトルのキャップが由来だと考えられる。今回捌いたア

１）

マイクロプラスチックがあるか肉眼で確認する 。

ジよりも大きい魚を捌けば，アジよりも大きな魚は栄養段
階も上位にある。ゆえにその魚が食べる餌の量も違うので，より多くのマイクロプラスチックが見つかるだろう。

4. 結論
スーパーに売られているアジを 10 匹捌いて，直径 2mm ほどのマイクロプラスチックが 1 つ見つかった。魚のサイズが違うと，食べる餌の量も変化し，胃の中に含まれるマイ
クロプラスチック量にも差があると考えられる。今後，本研究で捌いた魚とは違うサイズの魚を捌いて，比較する必要がある。
図 1 捌いたアジ

5. 謝辞
2. 結果

本研究の遂行にあたり，指導教官として終始多大なご指

アジを 10 匹捌いて，直径 2mm ほどのマイクロプラスチ
ックが 1 つ見つかった(図２)。

導を賜った岡山学芸館高等学校柳雅之先生，吉岡希裕先生に深く感謝致します。自分で捌き調理したアジを食べて，これ
からは魚の命に感謝して食べていこうと思う。

6. 引用文献
１）瀬戸内海に迫る“マイクロプラスチック”問題
図２

マイクロプラスチック- YouTube†1 Okayama Gakugeikan High schoolⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school12岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

海洋酸性化で牡蠣殻は溶けるのか
牡蠣殻と pH の変化を用いた実験
春田隆聖†1

國岡俊介†12023 年，海洋酸性化が引き起こす影響が問題となっている。海洋酸性化とは，人間活動によって排出される二酸化炭
素が海水中に溶けることで pH が下がり，海水のアルカリ性が弱まる現象である。1900 年から海水中の pH は低下し続けており，2020 年の海は 1900 年から pH が 0.1 下がっているという研究結果がある。また，先行研究より，海水の pHの低下幅は 2000 年から急激に大きくなってきていることが分かった。海中に住む生物の中で，食生活にも関わっている牡蠣を用いて，牡蠣殻の pH 低下による影響について調べた。牡蠣殻に穴をあけ，pH 4.0 と pH 7.0 の溶液に浸し，それぞれの穴の大きさの変化を観測した。pH 4.0 と pH 7.0 に 3 週間保った状態で，牡蠣殻の穴の大きさが広がる速度について調べた。その結果，pH 7.0 のものよりも pH 4.0 の溶液中の牡蠣殻が溶けることが分かった。pH 4.0
では，牡蠣殻は日を重ねるごとに穴が大きくなった。また，その速度はほぼ一定であった。一方，pH 7.0 の牡蠣殻は実験開始から３日目までは溶けていたが，その後変化が見られなくなった。IPCC(Intergovernmental Panel on
Climate Change)によって 2013 年の海水は平均 pH 8.１であることが知られている。また，地球環境研究センターから pH 8.1 の海水では炭酸カルシウムは溶けないことが発表されている。牡蠣殻の主成分は炭酸カルシウムであり，2023 年の pH では牡蠣殻に影響はないことがわかる。しかし，東邦大学では，2100 年には海水の pH が 7.8 になるという予測がされているので，海洋酸性化への対策が行われなければいずれ牡蠣が溶けてしまう。ゆえに海洋酸性化への対策が必要である。
キーワード：海洋酸性化，牡蠣殻，pH

1. 目的および研究材料と方法

2. 結果

海洋酸性化で牡蠣殻が溶けるのかを調べることを目的

pH 4.0 の牡蠣殻の０日目の穴の大きさは 380 ㎛で，24 日とした。岡山県瀬戸内市牛窓町から採取した牡蠣殻に 380

目の穴の大きさは 575 ㎛となっており，195 ㎛穴が大きく㎛と 350 ㎛穴をあけた。380 ㎛の穴をあけた牡蠣殻を pHなった。pH 7.0 の牡蠣殻の 1 日目の穴の大きさは 350 ㎛

4.0 の溶液に浸し，350 ㎛の穴をあけた牡蠣殻を pH 7.0 ので，24 日目の穴の大きさは 370 ㎛となっており，20 ㎛穴が溶液に浸した。溶液につけている間の温度は 20℃に保った。

大きくなった。観察を始めた日を 0 日目とし，牡蠣殻の穴

pH 4.0 の牡蠣殻と pH 7.0 の牡蠣殻の穴の大きさは顕微鏡の大きさの変化を表した(図２)。pH 7.0 の牡蠣殻は 3 日目

を用いて 1 日１回，3 週間の間，測定した（図１）。

以降では穴の大きさに変化はほとんど見られなかった。

図２
図1

牡蠣殻の穴 (40 倍×15 倍)牡蠣殻の穴の大きさの変化

3. 考察
pH 7.0 の牡蠣殻よりも pH 4.0 の牡蠣殻の方が溶ける速度が速かったことから pH と牡蠣殻の溶ける速度には関係があり，pH が低いほど牡蠣殻は溶けやすいと考えられる。

†1 Okayama Gakugeikan High school

pH 4.0 の牡蠣殻は日数が経過するごとに牡蠣殻の穴の大きさが増加していったのに対し，pH 7.0 の牡蠣殻は実験開ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school13岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

始から３日目に穴の拡大が止まってしまったので，牡蠣殻酸性化への対策が行わなければ，いずれ牡蠣殻が溶けてしは酸性度が低い状態では(1)環境に適応できる能力を持っまうと考えられる。また，このことから早期に海洋酸性化ている，もしくはある程度まで牡蠣殻が溶けるとそれ以上への対策を行わねばならない。

(2)穴を拡大させないための機構が備わっていると考えら
れる。

5. 謝辞

(1) 環境に適応する能力が備わっている
先行研究１）により，2012 年に起きた地震により大槌湾の海中のマンガンが急激に増加した際，ムラサキウニが貝殻本研究の遂行にあたり，指導教官として終始多大なご指導を賜った岡山学芸館高等学校柳雅之先生，吉岡希裕先生に深く感謝致します。

の元素濃度を調節することで環境の変化に対応したことがわかっている。牡蠣殻もそれと同じように環境の変化に対して牡蠣殻の元素濃度を調節する能力が備わっていれば
pH の変化に対応することが可能であると考えられる。
(2) 穴を広げないための機構がある
トタンを塗った鉄（図３）のように，牡蠣殻にも穴以外の部分から炭酸カルシウムを溶けださせることができる（図４）と考えられる２）。その機構の働きによって穴の拡大が見られなくなったと考えられる。また，この機構によ

6. 参考文献
１）杉江 恒二

芳村 毅

海洋酸性化が植物プランクトンの動態および物質循環に及ぼす影響
https://www.jstage.jst.go.jp/article/kaiyou/20/5/20_101/_pdf/char/ja２）【鉄メッキ】ブリキとトタン
https://kimika.net/m2tetsumekki.html

り，穴の拡大による牡蠣反対の攻撃がふせがれていると考
えた。

図３

図４

トタンの仕組み牡蠣殻の機構の考察

4. 結論
pH と貝の溶ける速度には関係がある。pH 4.0 の強酸になると牡蠣殻は約 8.13μm/日で溶け続けるが，pH 7.0 では実験開始から 3 日目を境に牡蠣殻は溶けなくなった。その理由として，牡蠣殻は pH 8.1 であった海水が中性になる場合，pH の変化に対応することで牡蠣殻を防御する機能が備わっている。もしくは穴の部分以外の場所から炭酸カルシウムを溶けださせることで穴の拡大を防いでいると考えられる。しかし，実験結果より，pH 7.0 の海水でも 3 日間で 20μm は穴の大きさが拡大したことと，東邦大学では，
2100 年には海水の pH が 7.8 になるという見解から，海洋ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school14

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

海上ロボット掃除機の開発土井智喜†1谷口穂高†1

杉原壮太†1

柴田大翔†1

海洋ゴミ問題解決を目標とし，水上の海洋ゴミを無人回収できるロボットの制作を行った。海洋ゴミの中でも，回収方法が確立されていないマイクロプラスチックに焦点を当てた。装置本体の構造はシービンという海洋ゴミ回収機を参考にした。桟橋に取り付けるシービンと異なり，私たちが開発したロボットは岸から離れたところでも使用できる設計とした。ゴミ回収の方法は，水と共に水上に浮いているゴミを機内に取り込み，ネットでゴミを濾過して回収する。機内に取り込んだ海水は，本体内部に取り付けた水中ポンプによって機外に排出する。また，水上での安定性を保つために本体の横にアウトリガーを取り付けた。さらに，おもりを海底に沈め，機体が波に流されないようにした。
本体の横にゴミと水を機内に流し入れるための入口がある。機内の水量が増えた際，その入口に取り付けたスライド
シャッターが動いて閉まることで，回収したゴミの機外への再流出を防いだ。海よりも流れが穏やかな岡山県の吉井川下流で実用実験を行った。実験では強度の問題で機体が破損したが，ゴミの回収機構の実現，機体の安定性の確認ができた。
キーワード：マイクロプラスチック，ロボット，LM ガイド，海ゴミ回収

1. 研究背景

2. 開発目的

海洋ゴミの一つにプラスチックゴミがある。プラスチッ

海洋ごみの回収を目的とする。海洋ゴミは浜辺や海岸かクは分解されるのに 4～500 年かかると予測されている。

ら直接海に出たものではなく，河川から海に流れ出たもの

2050 年の海では，そのプラスチックゴミが魚よりも多くなが多くを占めていることが知られている ２）。さらに，海洋るとの見方もある １）。海洋ゴミには漂流ゴミ，漂着ゴミ，

ゴミには，河川から海に流れ出る過程で２次マイクロプラ

海底ゴミの三種類がある。実際に浜辺へ調査に行くと，海スチックになったものも含まれている。ゆえに，河川で浮外からの漂着ゴミが視認できた（図 1）。海洋ゴミの中で特遊ゴミ回収をすれば，海洋の２次マイクロプラスチックをに問題視されているマイクロプラスチックは，５mm 以下の減少させられると考える。事前調査から，ロボットは海だ

プラスチック片と定義されている。元々５mm 以下のものはけでなく川でも設置できるようにすることで，今後の海洋１次マイクロプラスチック，後天的に５mm 以下になったも汚染問題の改善に貢献できると考えた。

のは２次マイクロプラスチックに分類される。プラスチッ
ク片を広大な海で回収することは困難だ。また，マイクロ
プラスチックの回収方法は確立されていない。

3. お掃除ロボットの設計
3.1 ゴミ回収の流れ
本体の横に２つある入り口から水とゴミを機内に入れる（図２（a）①）。回収したゴミは網で濾過する（図２（a）②）。このとき水は機内に流入し続け，機内の水位が上がる。
一定水位まで上昇すると，機内の発砲スチロールも浮き上がる（図２（b）③）。発砲スチロールとスライドシャッタ
ーは連結されており，発泡スチロールの動きに合わせてス
ライドシャッターも上昇する（図２（b）④）。スライドシ
ャッターが上がりきると機体の入り口を閉じ，水の流入を防ぐ。流入が遮られている間に，機内底に設置されている

図１

鹿児島県熊毛郡南種子島町2022 年 7 月 12 日

千座の岩屋

研修旅行先

水中ポンプによって，水を機外へ排出する（図２（b）⑤）。
水中ポンプは機内の水位で浮き沈みするスイッチでオンオ
フを切り変える（図２（b）⑥）。その後，図１の（a）に戻†1 Okayama Gakugeikan High schoolⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school

り一連の流れを繰り返す。

15

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

で，回収機の無人自動化を実現する。

図３

図４

図２

本体全体像

LM ガイドを用いたスライドシャッター

ゴミ回収の流れ

3.2 ゴミ回収機メカニズム
本体は直方体のゴミ箱（40 ㎝×60 ㎝×60 ㎝）を利用した（図３）。本体の横には，機内に浮遊ゴミと水を流し入れるための入り口（20 ㎝×24 ㎝）を作る。その入り口に，機内の水量を調整するためのスライドシャッターを取り付け

図５ ゴミ回収ネット

図６ 排水用水中ポンプる（図４）。スライドシャッターで，回収したゴミが機外に溢れる事を防止する。機内では，ゴミ回収用ネット（図５）で取り込んだ水からゴミを濾過する。機内の底にはゴミを濾過した水を排出するための水中ポンプ（図６）を取り付ける。また，機内の水位に合わせて上下に動く発泡スチロール（図７）でスライドシャッターを動かす。
機体本体の横には，カヌーが水上で安定性を保つために使われるアウトリガー（図８）を取り付け，水上での安定性を確保した。また本体から川底におもりを沈め，河川の流れによって機体が流されることを防ぐ。機体上部に設置
した蓄電池（図９）から水中ポンプの電力を供給することⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school

図７

発泡スチロールを用いたシャッター機構

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岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

しかし，ゴミを回収できる位置まで機体を水中に沈めたときの機体にかかる浮力が大きすぎたため，機体本体とアウトリガーを接続している部分が破損した （図１２） 。
破損後は実験の続行ができなかった。よって，単位時間あたりのゴミ回収量の計測はできなかった。

図８ 機体安定用アウトリガー

図９ 蓄電池4. 吉井川での実働実験
2022 年 9 月 10 日，完成したゴミロボットの実動実験を
吉井川で行った（図１０）。吉井川は岡山県岡山市東区を流れる。実験は，波が緩やかで淡水である方がさびにくいと考え，吉井川の下流で実施した。
図１２

破損箇所（赤丸内結合部分）

6. 2 号機製作
1 号機の実験で明らかとなった課題を修正した 2 号機の制作に取り掛かった。１号機は機体への浮力が大きすぎた
ことが原因で本体とアウトリガーの接続部分が折れ曲がり
図１０

実働実験を行った吉井川破損した。よって，機体本体とアウトリガーを接続している塩ビパイプの中に木の棒をいれることで，接続部分の強実験では，水上で自立が可能か，水中ポンプが目的通り

度増加を図った（図１３） 。

作動するか，単位時間あたりのゴミ回収量の測定の３つの項目を確認した。

5. 結果
機体が水上で自立することが確認できた（図１１）。また，
機内の水を水中ポンプで排出することも可能だった。

図１３

塩ビパイプ内に木材を入れ補強

7. 謝辞
本論文の作成にあたり終始適切な助言を頂いた吉岡希
裕教諭，稲村晃司教諭，柳雅之教諭，株式会社リバネスの
井上麻衣様，株式会社 THK の岡田典真様，心から感謝いた
図１１

吉井川水上で自立するお掃除ロボットⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school

します。本当にありがとうございました。

17

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

8. 引用文献
１）ジェナ・R・ジャンベックら,
ック廃棄物の投入

陸から海へのプラスチ

2015 年

https://www.science.org/doi/10.1126/science.1260352?url_ver=Z39.882003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub%20%
200pubmed２）日本財団 日本コカ･コーラ株式会社の廃棄物流出メカニズムの共同調査

陸域から河川へ

2020 年

https://www.nipponfoundation.or.jp/app/uploads/2020/02/new_pr_20200221_01.pdf

9. 受賞
本研究はサイエンスキャッスル 2022 関東大会で優秀ポスター賞，サイエンスキャッスル関東大会研究費 2022
THK ものづくり０，賞において奨励賞を受賞した。また，株式会社 THK 様より 15 万円の開発費及び LM ガイドを支給して頂いた。

ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school18

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

河川浮遊ゴミ滞留の集積要因について
杉原壮太†1

柴田大翔†1

河川浮遊ゴミを効率的に回収するために，岡山県の吉井川支流で浮遊ゴミの集まりやすい場所を調査した。ホテイア
オイが大量繁殖していた場所と川が合流してできた場所で浮遊ごみの滞留が確認できた。香登川と用水が合流する場
所では，流速の違いによって渦が生じていた。ホテイアオイの大量繁殖地では，多くのゴミがせき止められていた。
ホテイアオイの季節変化について観察を行ったところ，9 月中旬に枯れ，10 月中旬には枯れたホテイアオイとゴミが流されていた。私たちは，台風の影響で流されたのではないかと考えた。渦の流れについてフロースクエアソフトを用いてシミュレーションすると，実際のゴミの滞留場所とシミュレーションを用いたデータが一致した。これらの研究結果から，川の水面に生育するホテイアオイなどの水草にゴミが溜まりやすいこと，川が交差する場所でゴミが溜まりやすいことが明らかとなった。ホテイアオイの生育条件のさらなる調査や渦ができるために必要な川の速度が必要である。
キーワード：ホテイアオイ，シミュレーション，浮遊ゴミ，渦1. 研究背景
2050 年の海は，魚よりもごみの方が多くなると予想され
る 1)ため，自分たちも何かゴミ問題解決のために貢献できることはないかと考えた。私たちは海ゴミの流出源である河川に着目し，河川浮遊ゴミの滞留条件と集積要因について調査した。

2. 研究目的
河川浮遊ゴミの滞留条件を一般化し，調査場所ではない
河川でもゴミの滞留場所を見つけられるようにする。滞留
場所が分かれば，海に流出する前に効率的にゴミを回収することができる。

図1

吉井川支流

（北緯 34.694474,東経 134.097353）
3.2 結果ホテイアオイによって，川ゴミは流れずに滞留することがわかった（図２）。8 月から 9 月中旬にかけてホテイアオ

3. 大量繁殖したホテイアオイの影響

イは枯れていたが，ゴミはホテイアオイに止められていた。

3.1 方法

10 月になると，ゴミはホテイアオイと一緒に流されており，

岡山県瀬戸内市長船を流れる吉井川の支流でホテイアオイ

その場所は従来の川に戻っていた（図３）。

が大量繁殖している場所を見つけた（図 1：調査場所は北緯 34.694474,東経 134.097353）。ここは川の流れがほぼな
く，日が十分に当たる場所であり，ホテイアオイの生育条件と一致した。さらに，ホテイアオイによって多くのゴミがせき止められていた。私たちは，2022 年 8 月から 10 月
末まで，月に一度，ホテイアオイの季節変化を観察した。

図２

ホテイアオイにより滞留した浮遊ゴミ†1 Okayama Gakugeikan High schoolⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school19

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

Y
東用水の水流

合流場所

上流

図３

ホテイアオイが流された後の川X
図５

3.3 考察結果から，ホテイアオイが繁殖する場所にゴミが溜まりやすいことがわかった。また，台風の影響により川の水量が増え，10 月中旬にホテイアオイが流されたと考えられる。
ゴミ回収は，8 月から 9 月中旬にホテイアオイが繁殖している場所で行うと効率的だと考えられる。ホテイアオイの下流

川を上から見た図

4.2 結果以下に示す図６では，速度が青色から赤色に近づくほど水流の速度が速いことを表している。東用水と川が合流する場所から離れるほど支流での速度が速くなった。

生育条件や枯れたホテイアオイが流された要因についてさらなる調査が必要である。

4. 用水と川が合流して出来た渦による影響
渦発生のメカニズムを調べた（図４）。

図６

X 軸の流速次に示す図７は黒色の放物線が上に凸ならば正，下に凸なら負の向きを表している。川の合流地点で水流の向きが逆になった。

図４

渦により滞留した浮遊ゴミ

4.1 方法東用水が吉井川下流に合流した場所を，川の水流を解析するフロースクエアソフトを用いて，シミュレーションを行った。図５は川を上から見た模式図である。シミュレー
ションにおける座標を，X 軸を上流から下流に流れる支流とし，Y 軸を図５の縦の水流と仮定する。X 軸と Y 軸の水流の向きと大きさを調べた。
図７

Ｙ軸の流速

X 軸と Y 軸の水流の強さと向きを合成した結果，緑の部
分で浮遊ゴミが滞留することが分かった（図８）。

ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school20

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

図８

力の大きさの合成

東用水はゴミの滞留に影響を与えていた。
4.3 考察東用水と川が合流する場所で浮遊ゴミが溜まりやすい
ことが分かった。図８で示した結果と実際のゴミの滞留状態が一致した。今後は，流速や地形の条件を変えても渦が発生するかの調査が課題となる。

5. 結論
これらの研究結果から，川の水面に生息するホテイアオ
イなどの水草にゴミが溜まりやすいこと，東用水と川が合流する場所でゴミが溜まりやすいことが明らかとなった。

6. 謝辞
本論文の作成にあたり，終始適切な助言を賜り，また丁寧に指導して下さった柳雅之教諭，シミュレーションソフ
トの使い方をご指導していただいた吉岡希裕先生，心から感謝します。本当にありがとうございました。

7. 参考文献
１）エレン・マッカーサー財団

THE

NEW

ECONOMY RETHINKING THE FUTURE OF PLASTICS

PLASTICS
2016 年

8. 受賞
本研究は，北海道大学主催海の宝アカデミックコンテス
トマリン・サイエンス部門近畿・中国ブロックで奨励賞，サイエンスキャッスル 2022 中四国大会において山陽新聞
社賞を受賞した。

ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school21

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波力発電の実用化に向けて
湯原萌々香†1

澤蒼彩†1

波力発電は 1973 年の第一次石油危機以降，ヨーロッパを中心に研究が進められていた。しかし，多額の研究費用がかかることや石油価格の安定などの理由で，実用化に至らなかった。私たちは波力発電の実用化に向けた研究に取り組んだ。波力発電は，主に海における波のエネルギーを利用して発電する方法である。波力発電には，越波型，振動水
在型，可動物体型 1)，ジャイロ式 2)などがある。今回，注目した波力発電方法は振動水柱型である。振動水柱型は，装置内にある空気室と呼ばれる場所に海水が流れ込み，海水の上下運動によって空気が押し出される。その空気が風となりタービンを回して発電する。ペットボトルを用いて検証実験を行い，波によって空気が押し出されることを確認した。次に，12L のバケツを用い，バケツが上下する往復の平均の速さ（以下平均の速さ）と振幅をそれぞれ変えて風速を測定した。また，圧力損失を軽減させるために，空気室内部を円錐台に加工した。計測された風速を風力発電で用いられる 1/2ρSv³という公式に代入し，発電量を求めた。その結果，振幅変化と比べて平均の速さの方が風速は大きな値が計測された。加工変化によって風速はほぼ変わらなかった。本研究から，モーターのプロペラの大きさに合わせた穴をあける事が効率的であることが明らかになった。今後の課題は，120L のバケツを用い，実際に海で発電できるか検証することである。
キーワード：波力発電，波，再生可能エネルギー，振動水柱型

1. はじめに

2.2 研究材料

地球温暖化にともなう二酸化炭素排出規制を受け，20 世

バケツ（12L），プール（220cm×150cm×60cm），風速計，

紀以降，再生可能エネルギーが注目され始めた。その中でモーター，電圧計，電流計，クリアファイル，マーカーコ

も波力発電は波の状況が比較的予測でき，発電量の見通し

ーン，ガムテープを用いた。

がつく。そのため，大きな出力低下が起こらず安定した発電を行うことが期待出来る。

2. 研究材料および方法
先行研究 3)から，室内レベルでの発現装置の再現が可能であること，ペットボトルのように空気が出る部分に向かってしぼんでいく形状（以下内部加工）が適していること
図１が分かっている。
2.1 目的
バケツを用いて，バケツが上下する幅（以下振幅）とバ

A

測定環境

C

B

ケツが上下する往復の平均の速さ（以下平均の速さ）をそれぞれ変えて風速を測定する（図 1）。その風速を元に風力発電で用いられる 1/2ρSv³（空気の密度 ρ＝1.2，受風面
図２

積 S＝0.002826，風速 v）に代入し電力を求めた。
実験は①内部加工なしで穴を６cm に開けたバケツでの実験（図２・A），②内部加工ありで穴を６cm に開けたバケツでの実験（図２・B），③内部加工なしで穴を３cm に開けたバケツでの実験（図２・C）に分けて行った。③の実験は圧力損失を無くすため，風速計の羽と同じ大きさである３cmの穴にしている。

内部加工

3. 結果
3.1 平均の速さ（10cm/s）固定，振幅（3，4，5cm）変化の実験①の実験では振幅が増えるにつれて風速は 1.23m/s，1.36m/s，1.52m/s，②の実験では 1.28m/s，1.3m/s，1.57m/sと，振幅が増えても風速はほぼ変わらなかった。しかし，③の実験では振幅が増えるにつれ風速も 2.09m/s，3.48m/s，5.19m/s と増えていった（図３）。

†1 Okayama Gakugeikan High schoolⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school22岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

3.4 平均の速さ変化の実験から得た風速をもとに求めた
電力量①の実験では平均の速さが増えるにつれて電力は0.00356w、0.01056w、0.03722w、②の実験では 0.00251w、0.00721w、0.02403w、③の実験では 0.00911w、0.01849w、0.04317w とすべての実験において平均の速さが増えるにつれて電力も大きくなった（図６）。

図３

平均の速さ固定、振幅変化による風速量3.2 平均の速さ（6.7，13.3，20cm/s）変化，振幅（4cm）固定の実験①の実験では平均の速さが増えるにつれて風速は1.28m/s、1.84m/s、2.8m/s、②の実験では 1.14m/s、1.62m/s、
2.42m/s、③の実験では 2.78m/s、3.52m/s、4.67m/s とすべての実験において平均の速さが増えるにつれて風速も大きくなった（図４）。

図６

平均の速さ変化の実験から得た風速をもとに求めた

電力量

4. 考察
先行研究 3)では、空気が出る部分に向かって一点に集中する形状（内部加工）が適していることとされていた。しかし、実験①、②でほぼ風速に変化がなかったことから、内部加工は風速に影響を与えないことが分かった。以上から、内部加工は不用であると考えられる。次に、穴の大きさを風速計の羽の大きさに合わせて圧力損失を無くした実験は、実験①、②の最大風速より実験③の最大風速が約２
図４

平均の速さ変化、振幅固定による風速量倍大きくなったため、風速計の羽の大きさに合わせる方が良い事が分かった。以上から、実際にモーターを取り付け

3.3 振幅変化の実験から得た風速をもとに求めた電力量

る際はモーターの羽の大きさに合わせて穴を開けるべきで①の実験では振幅が増えるにつれて電力は 0.00316w、ある。本研究では、自然の波の力ではなく、手動で全て実0.00427w、0.00595w、②の実験では 0.00356w、0.00373w、験を行った。実際に海において、波の力だけで風が起こせ

0.00656w と振幅が増えても電力はほぼ変化しなかった。しれば異なる結果が得られるかもしれない。

かし、③の実験では振幅が増えるにつれて電力も 0.00387w、0.01787w、0.05926w と増えていった（図５）。

5. 今後の展望
本研究から、バケツが上下することによって一定の風速が得られることが分かった。今後は大型のバケツ（120L）を用いて実際に海に設置し、自然の波の力でも風速や電力が得られるか検証したい。そのために、バケツを港に設置しやすく、かつバケツが動かないように外側を木材などで加工することが必要である。

図５

振幅変化の実験から得た風速をもとに求めた電力量ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school23

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

6. 謝辞
本開発にあたり，指導して下さった岡山学芸館高等学校
医進サイエンスコース吉岡希裕教諭，柳雅之教諭に深く感謝致します。また、研究資金を提供してくださった荏原製作所様に感謝申し上げます。さらに、サイエンスキャッス
ル研究費荏原製作所賞を開催して下さった株式会社荏原製作所様，株式会社リバネス様並びに，開発を進めていく中でメンターとしてアドバイスを下さった藤方淳平様，岩井康平様，藤本さくら様，藤原なおこ様，森藤なつみ様，海浦航平様に感謝の意を表します。

7. 引用文献
１）次世代を担うエネルギーは波！？波力発電の全容に迫る！

2021 年

https://enechange.jp/articles/wave-energy-power-station２）小林義行

2012 年

ジャイロ式波力発電模型
http://www.kob-sc.uh-oh.jp/experiment/gyro/gyro.html
３）玉川学園高等部

坂下 万優架2019 年

振動水中型波力発電の高効率化に向けた研究
https://www.iee.jp/pes/wpcontent/uploads/sites/3/2020/01/R1_1.pdfⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school24岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

海ゴミ活用の創造性
長島柊依†1
海ゴミの回収方法に関する研究，提言は数多く行われている。私は回収したゴミを創造的に活用する方法を提案した
い。2022 年 8 月，兵庫県明石市と高砂市の２か所の海岸において，打ち上げられた海ゴミを回収した。回収した海ゴミを用い，空想上の生物を作成した。更に，この空想生物に関する設定を考え，一つの作品として仕上げた。針金を骨格に，海ゴミを肉体に例え，言語を組み合わせ『マレスクルータ目マレプラ科プラプラ属プラレムレース』と学名をつけた。マレは海，スクルータはゴミ，プラはプラスチック，レムレースは妖的なものという意味がある。これらの製作過程は教育コンテンツとして利用が出来るのではないかと考え，実践方法や問題点を考察した。実践方法としては，針金等で土台を作成し，海ゴミを用いた作品を美術の時間で作成する。問題点としては，作成に用いることの出来るゴミを充分に回収できるかなどが挙げられる。以上の点を考慮し，より海ゴミの問題を身近に感じさせる手段を模索した。
キーワード：海ゴミ，空想生物，教育コンテンツ

1. はじめに
私は海洋研究を行う際，問題をより身近に感じられるよ
うにするため，分かりやすく簡潔な研究にすることを思いついた。掘り下げるテーマとして，海ゴミ問題を取り扱う。
海ゴミを回収したり出さないようにしたりする研究は，数多く行われている １）。しかし，私は疑問をひとつ覚えた。
一体回収した海ゴミはどうするのだろうか。ただ燃やして処分するだけではなく何か利用出来ないかと考察した。

図 1-3

2. 海ゴミ回収

大蔵海岸で回収した海ゴミ2022 年 8 月，兵庫県明石市にある海水浴場の大蔵海岸（図 1-1）と兵庫県高砂市にある向島（図 1-2)で，約１時
間半海ゴミの回収を行った。結果として，大蔵海岸では，海水浴客が捨てたであろうゴミを回収できた(図 1-3)。プ
ラスチックゴミが最も多く 69%（158 個）となっていた。向島でもプラスチックのゴミが最も多く 59%（72 個）となっていた(図 1-4)。異なる環境でも見られるゴミの種類には大きな違いがないことが分かる。しかし，ゴミの数では圧倒的に大蔵海岸の方が多くなっていた。海水浴客の数が多いのが原因であると考えられる。

図 1-4

向島で回収した海ゴミ

3. 海ゴミ活用方法
回収した海ゴミを持ち帰り，キッチンハイターで消毒した（図 2-1）。使える海ゴミをどのように活用しようかと考えた時，海の中の動物をテーマにしようと思った。空想生
物を作るにあたって，モチーフとする生き物を鮫とし，平
図 1-1

大蔵海岸

図 1-2

向島

面の設計図を書いた。海ゴミの数から立体で作成する余裕があると判断し，設計図を元に針金で土台を作成した（図2-2）。針金にパーツとなるゴミを貼り付けていき，約１時†1 Okayama Gakugeikan High schoolⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school

間半で完成した（図 2-3）。完成した作品を見て新種の生き25

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

物として設定を考えた。学名は『マレスクルータ目マレプ

り楽しく身近に感じられる事が挙げられる。対象年齢とし

ラ科プラプラ属プラレムレース』とした。マレは海，スクては小学校５年生から中学校２年生までの年齢を想定した。

ルータはゴミ，プラはプラスチック，レムレースは妖的な理由として，無理のない設計を自分自身で考え，ある程度ものという意味がある。

無邪気に楽しんで貰えるには丁度良いのではと考えたからである。
最初は，実際に海ゴミを回収してもらうところから始まる。時期としては８月後半の海水浴シーズン終了頃にすると，多くの海ゴミを回収できる。２時間くらいあれば作成するために必要な海ゴミに足りる。海ゴミはしっかり消毒
し，選別する必要がある。消毒は学校側で行い，生徒自身が作成に使うものを選別してもらう。次は限られた授業時間をあてがう。美術の時間に作成すると想定する。まずは，選別した海ゴミを元に何を作りたいかを考え設計する。その後，設計したものを参考に海ゴミを用いた作品を作成する。最後に鑑賞の時間を取る。設計図に２時間，作成に３
時間，鑑賞に１時間の計６時間になると考えられる。しか図 2-1

消毒した海ゴミ

し，海ゴミアートの作成にかかる時間のデータが足りない
のであくまで参考になる。

5. 課題およびまとめ
課題点は２つ挙げられる。１つめは，私は海ゴミを回収した際，作成する分には充分だろうと考えていた。しかし選別すると，当初想定していた大きさを補う量には届かなかった。同じ事が起きる場合も想定される。２つめはデータの不足だ。実施するに当たっての指標はあるが，私以外に実践した時の課題点や時間についてのデータがなく，さらなる問題点が出てくる可能性がある。よって，いきなり
図 2-2

設計図と針金

授業に取り入れる事を検討するのではなく，小さなワーク
ショップを開くことから始めるべきだろう。
自ら海ゴミの活動に触れる事によって，より身近に海洋問題に触れることができる。アートという自由性の高いものを取り入れることによって，楽しんでもらえるだろう。
活動が新しい海洋問題や研究に取り組んで貰えるきっかけとなれば，１番の成功となる。今後は様々な場所でデータを取り，教育コンテンツとして実施出来るようにしていき
たい。

6. 謝辞
図 2-3

プラレムレース

本論文の作成にあたり指導，助言をしてくださった吉岡希裕教諭，柳雅之教諭に深く感謝致します。

4. 考察
作成した物をどのように利用すればいいか考え，海ゴミを活用する創作活動を広めることを思いついた。具体的には教育コンテンツに取り入れるというものだ。調べたとこ
ろ授業としてではなく，水族館で実施されている所も既にあるらしい¹⁾。期待できる効果として，海ゴミの問題をよⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school

7. 参考文献
１）環境省 平成 29 年度漂着ごみ対策総合検討業務 海洋
ごみ学習用教材 小中学生用
studymaterials_elementary_juniorhighschool (env.go.jp)

26岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

202２年度 岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 1２期生 海洋研究2022 年 4 月 19 日 海洋課題研究計画発表会 ３年生に向けて発表

2022 年 5 月 10 日 海洋課題研究ガイダンス 1 年生に向けて発表

2022 年 5 月 17 日 岡山県備前市日生町鹿久居島米子湾でのベントス調査ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school27

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

2022 年 5 月 30 日 日生町漁協において牡蠣種付け体験 日生中学校との協同事業

2022 年 7 月 17 日 NHK スペシャル「海の異変 しのびよる酸性化の脅威」
3 年生入澤佳苗さんの海洋課題研究が取り上げられる2022 年 8 月 19 日 マリンチャレンジプログラム中四国ブロック大会優秀賞（愛媛県）ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school28

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

2022 年 9 月 29 日～30 日 全国アマモサミットにて研究発表（千葉県館山市）

2022 年 11 月 5 日 北海道大学主催海の宝アカデミックコンテスト全国大会
マリンサイエンス部門優秀賞（リュウグウノツカイ賞）
マリンイノベーション賞・道南伝統食品協働組合賞

受賞（北海道函館市）ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school29

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

2022 年 11 月 15 日 海洋課題研究中間発表会

2022 年 11 月 15 日 北海道大学主催海の宝アカデミックコンテスト表彰伝達
近畿・中国ブロック大会 6 研究入賞
ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school30

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2022 年 12 月 3 日 サイエンスキャッスル関東大会（東京都コングレスクエア羽田）
THK ものづくり 0.賞成果発表会 優秀ポスター賞

2022 年 12 月 10 日 サイエンスキャッスル中四国大会（岡山）3 研究入賞

ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school31

岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース 海洋研究紀要 2022

2023 年 2 月 15 日 日生町漁協において牡蠣出荷作業体験 日生中学校との協同事業

2023 年 3 月 1 日 日仏海洋学会瀬戸内海ワークショップにて英語で研究発表（日生町）

2023 年 3 月 5 日 マリンチャレンジプログラム全国大会（東京都大手町）ⓒ2022 Okayama Gakugeikan High school32

奥付
岡山学芸館高等学校 医進サイエンスコース
海洋研究紀要 2022
令和 5 年 3 月 22 日 発行
企画・編集 岡山学芸館高等学校
教諭

柳 雅之

教諭 吉岡 希裕
教諭 稲村 晃司
〒704-8502
岡山市東区西大寺上 1 丁目１９－１９
TEL（０８６）９４２－３８６４
FAX（０８６）９４３－８０４０
yanagi@gakugeikan.ed.jp

表表紙写真
裏表紙写真

NHK スペシャルの撮影に協力する入澤佳苗さん

アマモ場再生活動によりアマモ群落が形成された岡山県備前市鹿久居島千軒湾