Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
今後起こり得る影響を総合的に考察する。

### 3. 研究開発方法

## （１）サンゴ採取と長期畜養実験

初年度の検討には、2012年6月に静岡県賀茂郡西伊豆町において採取された温帯性サンゴを公益財団法人海洋生物環境研究所（新潟県柏崎市）に輸送して実験に用いた。キクメイシ Favia speciosaのほか、サンゴ北限種として代表的なヒメエダミドリイン Acropora pruinosa、北上種として代表的なAcropora solitaryensisとエンタクミドリイン Acropora sp.などの種が採取された。A. solitaryensisとエンタクミドリインについては本来別種と思われるが、分類学上の混乱があり、A. solitaryensisに適当な和名がなく、一方、和名でエンタクミドリインと呼称されるものには、有効な学名が提唱されていない。また、2012年10月下旬に、和歌山県東牟婁郡串本町において、ヒメエダミドリイン Acropora pruinosaとスギノキミドリイン Acropora muricata、クシハダミドリイン Acropora hyacinthus、そしてキクメイシモドキ Oulastrea crispataを採取し、同じく海洋生物環境研究所に移送して実験に用いた（図(2)-1）。

海洋生物環境研究所では、採取されたサンゴについて、200 L（120 x 60 x 60 cm）のアクリル水槽にて長期畜養実験を行なった。アクリル水槽の水温は約23℃に維持され、一部の海水はろ過システムを通して循環された。光源としてT5蛍光灯（GROW WORKS製，T5-System；GIESEMANN製，PowerChrome T5 series）を設置し、12時間毎の明暗周期とした。光量はサンゴ片上部の水深においておよそ300 μmol m⁻² s⁻¹に設定した。T5 蛍光灯は、メタルハライドライトの代替として、近年ヨーロッパを中心にサンゴ実験にもよく使用されているが、日本国内ではまだ一般的ではない。小型分光高度計を用いて、360－760 nmの波長範囲での相対強度を計測した結果を図(2)-2に示す。また、薬類の発生を防ぐために、サンゴに影響がなく藻類を摂食するサザエ、クボガイ、タツナミガイ等の藻食動物を各水槽内に入れた。

図(2)-1 和歌山県串本町地先で採取されたキクメイシモドキの小群体。
図(2)-2 太陽光(A)、本研究で用いたT5蛍光灯(B)およびメタルハライドライト(C)の360-760 nmの波長範囲での相対強度。本研究では、T5蛍光灯は39 W出力4灯を1セットとして使用し、4灯の内訳はLagoon Blue 2本、Pure Actinic 1本、AquaBlue+ 1本とした。これらのT5蛍光灯の個別点灯状態での相対強度を(D)から(F)に示した。

## （2） 5段階水温飼育実験

二酸化炭素分圧および炭酸カルシウム飽和度の調整に関しては、図(1)-7、表(1)-2の結果に示した。飼育実験開始時には急激な温度変化を避けて、水温を設定温度まで1日あたり1℃程度、段階的に変化させて馴化を行った。（図(2)-3）。

エンタクミドリインの枝部分は小さく、基盤部分も含めて切断する必要があるため、テグスでサンゴ片をくくるようにしてラベルの取り付けを行った。サンゴ片は、約2週間畜養水槽にて養生した後、5つの温度区水槽にそれぞれ5～10個のサンゴ片を、初期重量に関してランダムに配置した。また、飼育実験開始時には急激な温度変化を避けて水温を設定温度まで段階的に変化させて馴化を行った。光源としてT5蛍光灯を設置し、12時間毎の明暗周期とした。光量はサンゴ片の水深において260 μmol m⁻² s⁻¹に設定し、実験期間中は1週間に1回、光量子計(Biospherical Instruments社製，QAL-2100）を用いて測定を行い、水槽と光源の距離を調整することでほぼ一定に維持した。各温度区水槽の配置と水槽内のサンゴ片は、1週間に1回程度の配置換えを行い、水槽毎の環境要因に偏りが生じないように注意した。また、1週間程度で付着藻類が発生するため、1週間に1回、水槽やプラスチック格子型の台座、シャワーヘッド等を交換した。また、藻類の発生を防ぐために、サンゴに影響がなく、藻類を摂食するクボガイ等の藻食動物を各水槽内に入れ
図(2)-3 水温5段階環境試験に用いるサンゴ片の温度馴致。1日に1℃ずつゆっくりと変化さて、急激な水温変化によるストレスを回避した。

図(2)-4 環境試験に用いるサンゴ群体、サンゴ片の実験区への配置の概念図。ここでは6段階の二酸化炭素分圧実験の場合を示す。実験区の水槽はできるだけ複数用意することを目指した。
た。環境試験におけるサンゴ群体、サンゴ片の実験区への配置の概念を図(2)-4に示した。

サンゴ骨格の成長速度は、水中重量法により評価した。これは、床下秤量が可能な電子天秤（ザルトリウスED224S，最小表示0.1 mg）にサンゴ片をつるし、海水中で重量を測定する方法である。サンゴの組織や粘液、付着藻類は概ね海水と密度が等しいが、サンゴ骨格（アラレ石）は密度が2.94と大きいため、海水中でサンゴの重量を測定すると、サンゴの組織、粘液、藻類の重量は無視することができる。この方法は操作が容易であり、非侵襲・非破壊的で、サンゴの成長経過を見るのに適している。水中重量測定値は、1試料につき3回繰り返し測定を行い、その平均値を用いた。骨格成長量に関する統計解析には、統計解析ソフトウェア JMP v.8.0.1（SAS Institute Japan）の一元配置分析を用いた。

## （３）２５℃および２７℃における６段階二酸化炭素分圧飼育実験

温帯性サンゴの骨格成長速度の温度および海水のアラレ石飽和度への依存性を検討するために、長期飼育が容易と判断されたスギノキミドリインを対象に、サンゴの成長期である夏期を想定した25℃と27℃の2段階の水温について、6段階の二酸化炭素分圧に調整されたかけ流し海水による飼育実験を実施した。枝状のスギノキミドリイン3群体を切断して、長さ4-5 cmの小片を作成して、特殊接着剤でポリカーボネート製のボルトに接着し、識別のためのラベル取り付けを行った（図(2)-5および図2-6）。約2週間畜養水槽にて養生した後、6つのCO₂分圧区の水槽に、各群体から2片ずつ、初期重量に関してランダムに配置した。3群体のスギノキミドリインからサンゴ片を作成していたので、合計6片のサンゴ片を一つのCO₂分圧区に配置した。また、産地による特性比較のために、同種に比定されるインドネシア産のサンゴについても同様の実験を行った。なお、畜養されているインドネシア産のサンゴについては、すべて同じ群体から派生したと考えられる。

B)

C)

図(2)-5 環境試験に用いるサンゴ片の作成。ヒメエダミドリイシの群体Nの例。採取された群体(A)を、ほぼ同じ大きさのサンゴ片に分割し(B)、特殊な水中瞬間接着剤（コーラルグルー）を用いて、ポリカーボネート製の白色ボルトに接着した(C)。

25℃の6段階二酸化炭素分圧飼育実験については、ヒメエダミドリイシとクシハダミドリイシについても、予察的な実験を実施した。枝状群体をもつヒメエダミドリイシのサンゴ片作成法は、スギノキミドリイシに準じた。一方、網目状の群体を持つクシハダミドリイシは、切断したサンゴ片にテグスを用いてラベルを結び付ける方法をとった。
図(2)-6 環境試験に用いたサンゴ片の切断後の養生飼育の様子。

温帯性サンゴの水温影響試験に先立って、日本国内沿岸各地の水温観測記録を検討し、温度設定値を決める参考とした。日本海洋データセンター（J0DC）の「全国の定地水温データ」ホームページから取得した静岡県雲見、和歌山県田辺湾、串本町、沖縄県本部町の2002年から2010年にわたる水温記録を図(2)-7に示す。参考に、温帯性サンゴの飼育実験を実施した新潟県柏崎市に近い新潟県長岡市寺泊の沿岸水温のグラフも図(2)-7A）に示した。田辺湾の年平均水温は約22℃であった。海洋生物環境研究所におけるサンゴ畜養水槽の水温は、この水温よりもやや高い23-24℃で長期畜養が行われた。

各実験区には、CO₂分圧をほぼ一定に調整した海水を、水槽あたり0.5 L/minの流量で掛け流し給水した（サンゴ飼育水槽：ニッソー社，3 L，226×151×148 mm）。光源としてT5蛍光灯を設置し、12時間毎の明暗周期とした。光量はサンゴ片の水深において260 μmol m⁻² s⁻¹に設定し、実験期間中は1週間に1回，光量子計(Biospherical Instruments社製，QAL-2100)を用いて測定を行い、水槽と光源の距離を調整することでほぼ一定に維持した。各温度区水槽の配置と水槽内のサンゴ片は、2週間に1回程度の配置換えを行い、水槽毎の環境要因に偏りが生じないように注意した。また、付着藻類の発生が顕著なため、2週間に1回、水槽やプラスチック格子製の台座、給水用ノズル等を交換した。

サンゴ骨格の成長速度は、水中重量法により評価した。これは、床下秤量が可能な電子天秤（ザルトリウスED224S，最小表示0.1 mg）にサンゴ片をつるし、海水中で重量を測定する方法である。サンゴの組織や粘液、付着藻類は概ね海水と密度が等しいが、サンゴ骨格（アラレ石）は密度が2.94と大きいため、海水中でサンゴの重量を測定すると、サンゴの組織、粘液、藻類の重量は無視することができる。この方法は操作が容易であり、非侵襲・非破壊的で、サンゴの成長経過を見るのに適している。水中重量測定値は、1試料につき3回繰り返し測定を行い、その平均値を用いた。骨格成長量に関する統計解析には、統計解析ソフトウェア JMP v.8.0.1（SAS Institute Japan）の一元配置分散分析を用いた。
図(2)-7 日本各地の沿岸の水温観測記録。日本海洋データセンター（JODC）の「全国の定地水温データ」ホームページから取得 (http://www.jodc.go.jp/data/coastal/obs_data_index.html、2014年8月31日閲覧)。
## 4 ．結果及び考察

## （１）サンゴの長期畜養実験

静岡県西伊豆町から採取された温帯性サンゴ各種の群体の水中重量計測から評価した骨格成長速度を図(2)-8に示す。骨格成長速度は、1週間あたり、初期骨格重量からの増加分を百分率で示した。キクメイシFavia speciosalは、海水の掛け流し飼育では水中重量の減少が認められたため、動物プランクトンを給餌したところ、水中重量が増加に転じた。和歌山県串本町から採取されたキクメイシモドキOulastrea crispatalは、1ヶ月間を隔てた計測では、有意な重量の変化が見られなかった。総合的に評価して、エンタクミドリインAcropora sp.およびA. solitaryensisが、海洋生物環境研究所の実験室環境での長期飼育が比較的容易な種と考えられる。この他、和歌山県串本町から採取されたスギノキミドリインAcropora muricataも長期飼育が比較的容易な種である。

図(2)-8 静岡県西伊豆町から採取された温帯性サンゴ各種の長期畜養水槽における水中重量変化。1)は、動物プランクトンを給餌した場合の水中重量変化を示す。誤差棒は標準偏差。

## （2） 5段階水温飼育実験

## 1 ）サンゴの生存に及ぼす水温の影響

西伊豆産サンゴについては、エンタクミドリインおよびA. solitaryensisを、また、串本からのサンゴについては、スギエダミドリイン、クシハダミドリイン、ヒメエダミドリインを実験に用いた。ヒメエダミドリインは北限種として代表的な種であり、その他の種は、分布域の北方拡大が顕著な北上種として知られている。また、海生研では、インドネシアから商業的に輸入されたミドリイン類サンゴの長期維持・増殖に成功しているので、熱帯産ミドリイン類の例として実験に用いた。この種は骨格の特徴からスギエダミドリインに同定されたことから、同一種で熱帯（インドネシア）と温帯（串本）に分布する個体群の違いを検討できる材料となった。

温帯性サンゴと熱帯産サンゴでは、生存可能水温の範囲に大きな違いが認められた。熱帯産スギノキミドリイシは、「Ω調整実験」と「Ω非調整実験」の両方において、13℃および17℃区で全サンゴ片が1週間以内に斃死し、「Ω調整実験」では21℃および25℃区でも6週間以内にすべ
て白化・斃死したのに対し、29℃区ではすべて生存していた（図(2)-9）。これに対し、温帯性サンゴは17℃、21℃区で白化・斃死したサンゴ片はない。温帯性サンゴは、熱帯産に比べて低水温側での生存可能範囲が著しく広いのが特徴である。

温帯性サンゴも13℃への耐性には種差が見られた。西伊豆産のエンタクミドリイシとA.solitaryensis、串本産のクシハダミドリイシおよびスギノキミドリイシは、「Ω調整実験」と「Ω非調整実験」の13℃区の両方で、1～4週間以内にほぼすべてのサンゴ片が斃死した（図(2)-9）。冬の低水温が日本周辺の温帯性サンゴの分布域の決定要因の一つになっていることが示唆された。

図(2)-9 Ω非調整の5段階水温飼育実験（Ω非調整実験）におけるサンゴ片の6週間の状態変化と飼育期間終了時の白化度（誤差棒は標準偏差）。各サンゴ種の各温度区には5～6片のサンゴ片が設置され、その状態は、設定温度に達した直後、および12日、20日、30日および実験終了の41日目に、健康、白化、斃死の3区分で観察した。
温帯性サンゴも13℃への耐性には種差が見られた。西伊豆産のエンタクミドリイシとA.solitaryensis、串本産のクシハダミドリイシおよびスギノキミドリイシは、「Ω調整実験」と「Ω非調整実験」の13℃区の両方で、1～4週間以内にほぼすべてのサンゴ片が斃死した（図(2)-9）。冬の低水温が日本周辺の温帯性サンゴの分布域の決定要因の一つになっていることが示唆された。一方、串本産ヒメエダミドリイシは6週間後もすべて生存し、白化も見られなかった。本研究で検討した中では、ヒメエダミドリイシの低温耐性が最も高い。

温帯性サンゴの低温耐性は、野外での観察から詳しく検討されている。熊本県天草では、A. solitaryensisは平均海水温が13℃を下回ると死滅するとされており、最近の水温上昇により分布の北上が熊本県天草でも報告されている（野島・岡本，2008）。また、従来は伊豆半島が北限とされてきたエンタクミドリイシが、近年の冬期水温の上昇により房総半島南部の館山にも生息し、また、その群体が2009年2～3月の2ヶ月にわたる13℃前後の低水温により斃死したことが報告されている（山野・浪崎，2009）。今回の実験結果は、このような野外における先行研究と整合的で、冬の低水温が日本周辺の温帯性サンゴ、特に北上種の分布域の決定要因の一つになっていることが初めて実験的に確認された。

## 2 ）水温がサンゴの骨格成長速度に与える影響

温帯性サンゴの骨格性成長速度の温度依存性を「Ω非調整実験」の結果から評価した。炭酸系の調整を行なわない「Ω非調整実験」では、アラレ石飽和度Ωaragは13℃区から29℃区にかけて約10％しか変化せず、骨格性成長速度の温度依存性を検討するのには適当である。6週間の水中重量の変化を図(2)-10に示す。温帯性サンゴは25℃区で最大骨格成長を示すものが多い。一方、白化度は25℃区で最低を示したので、温帯性サンゴの最適水温は25℃に近いと考えられる。温帯性サンゴの中で、ヒメエダミドリイシのみ13℃区でも骨格成長が確認された。他のサンゴ種では、斃死し骨格の溶解が進行していた。北限種のヒメエダミドリイシが他の温帯性サンゴと異なっている点は、骨格成長速度が25℃から29℃にかけて、統計的に有意に減少することである。これは、水温の上昇が継続すると、むしろ石灰化量が減少する可能性を示唆している。北上種3種はいずれも25℃から29℃の骨格成長速度に有意な差はなかった。

## 3 ）サンゴの石灰化と骨格形成に及ぼす炭酸塩飽和度の影響

各温度区の二酸化炭素分圧を一定に調整するために、低温区で高濃度二酸化炭素分圧海水を添加した「Ω調整実験」では、本州南岸で予想される$\Omega_{\mathrm{arag}}$値の季節変化よりも、大きな変化幅が設定されており、各サンゴ種が、炭酸塩飽和度にどう応答するかを評価するのに適した実験とした。この実験では、温帯性サンゴ2種の骨格成長速度は、温度とよく相関していた（図(2)-11C）。これは、「Ω非調整実験」でみられた成長速度の温度依存性と大きく違っている。温帯性サンゴ2種の成長速度は、アラレ石の飽和度（$\Omega_{\mathrm{arag}}$）が13℃区の1.8から、29℃区の3.1に大きく増加することに対応すると思われる。

エンタクミドリイシについて、「Ω調整実験」と「Ω非調整実験」の2つの実験結果を比較したところ、同一温度区での骨格成長速度が、アラレ石の飽和度（Ωarag）に対応していることがわかった（図(2)-11）。「Ω調整実験」の29℃区では6週間で14％の成長を示したエンタクミドリイシの骨格成長速度は、「Ω非調整実験」の29℃区では2.8％に大きく減退するが、同じ水温であ
水温(℃)

水温 $ (^\circ C) $

図(2)-10 Ω非調整の5段階水温飼育実験におけるサンゴ類の6週間の水中重量変化。インドネシア産スギノキミドリイン(上左)、北上種である串本産のスギノキミドリイン(上中)とクシハダミドリイン(上右)、西伊豆産のエンタクミドリイン(下左)、そして北限種であるヒメエダミドリイン(下中)の骨格成長量を示した。負の成長量は、骨格の溶解が生じていることを示す。また、各サンゴ種について、同じ記号の温度区に有意差はない（一元配置ANOVA分析）。25℃区から29℃区にかけて成長量が有意に減少するのは北限種のヒメエダミドリインだけである。

アラレ石飽和度 ( $ \Omega_{arag} $ )

水温(℃)

アラレ石飽和度 ( $ \Omega_{arag} $ )

水温(℃)

図(2)-11 2つの5段階水温飼育実験におけるエンタクミドリイシの骨格成長速度。(A) Ω調整実験（pCO_{2}一定実験）、(B) Ω非調整実験、(C) 骨格成長量の水温との相関（R=0.78, P=0.0075）(D) 骨格成長量のアラレ石飽和度との相関（R=0.96, P<0.0001）。
ってもアラレ石の飽和度（$\Omega_{\mathrm{arag}}$）が「Ω調整実験」の3.1から「Ω非調整実験」の2.4に低下することに対応すると思われる。すべての実験区のデータをプールして相関を検討すると、エンタクミドリインの骨格成長速度は、アラレ石の飽和度と水温の両方に統計的に有意な正相関関係を示すが（図(2)-11D）、アラレ石の飽和度の方がより高い相関係数を示し、危険率は極めて小さい（アラレ石の飽和度との相関、R=0.96, P<0.0001；水温との相関、R=0.78, P<0.0075）。この結果は、エンタクミドリインの骨格成長速度が海水のアラレ石の飽和度の変動敏感に反応していることを示唆する。海洋酸性化による炭酸塩の飽和度（アラレ石の飽和度：$\Omega_{\mathrm{arag}}$）の低下が、サンゴの成長量に負の影響を与えることが明らかになった。

## 4 ）サンゴの骨格組織観察

走査型顕微鏡によるエンタクミドリインの骨格組織観察の結果を図(2)-12に示す。ポリプ全体像では、低温区ほど骨格形状は細く不規則になる傾向が認められた。この傾向は13℃区で特に顕著であり、他の温度区との違いが明瞭であった。隔膜板（胃腔や胃腔の中央に向かって放射状に突き出している薄い仕切板）に注目すると、高温区ほど骨格の微細構造に凹凸が見られる形状が顕著であった。一方、低温区では表面が溶解したような平坦な構造になっており、29℃区と13℃区と比較するとその違いは明瞭であった（図(2)-12）。

## 5 ）北上種と北限種の違いに関する考察

本州周辺の温帯性サンゴ種に見出される北上種と北限種には、成長速度の水温依存性と炭酸塩飽和度依存性に違いが認められた（表(2)-1）。この傾向は、Yamano et al.（2011）により報告された20世紀に進行した海水温上昇に対する北上種と北限種の挙動の違いを説明しうる実験結果である。エンタクミドリイシなどの北上種に対して、温暖化による水温上昇は冬季も夏季も大きな成長促進の効果を与えたかもしれない。冬季の水温上昇により低水温による斃死を免れ、夏季は高温期の高いΩarag値に対応して活発な石灰化を行なって群体を成長させ、北方への分布域拡大を進めてきた可能性がある。一方、北限種であるヒメエダミドリイシは、もともと低温耐性が高く、最低水温の上昇は分布域の拡大に寄与しない。むしろ、夏季の異常高水温は負の効果を与える可能性が示唆された。

表(2)-1 温帯性サンゴの北上種と北限種の骨格成長速度に関する傾向。

北上種	北限種
代表種	エンタクミドリイシ	ヒメエダミドリイシ
成長速度依存性	水温	13℃付近で低温障害、17～29℃の広範囲でよく成長	13℃でも生存可能、29℃付近で高温障害
炭酸塩飽和度	特に高温区で依存性高い	-

温暖化と海洋酸性化の両方が進行する状況下では、夏季の$\Omega_{\mathrm{arag}}$値低下の方がサンゴの分布や北上に制約を与えるのか、それとも、冬季の最低水温上昇の方がサンゴの生存域拡大に有利に働くかが問題である。日本周辺は世界のサンゴ礁分布の北限域である。数値モデルによる水温上昇と
図(2)-12　5段階水温飼育実験におけるエンタクミドリイシの走査型電子頭微鏡写真。「Ω調整実験」の29℃、21℃、13℃の実験区について示した。A列に示した軸中ポリプについて、低温度区では骨格構造が細く不規則になる傾向が認められる。C列に示した骨格の表面は、29℃区（Ω=3.1）では微細な起伏が顕著であるが、13℃区（Ω=1.8）では平滑な表面状態が特徴的である。

大気CO₂濃度から予測されるアラレ石の飽和度変化からは、人為起源CO₂排出によって日本周辺のサンゴ分布可能域は、水温上昇によって高緯度側へ北上する速度よりも、海洋酸性化により低緯度側へ縮小する速度の方が大きくなると予測されている（Yara et al., 2012）。今回のエンタクミドリイシの結果は、Yara et al.（2012）の予測と整合的である。しかし、2種類の5段階温度実験では、用いたサンゴ種の制約により、成長速度のアラレ石飽和度依存性を検討できたのは、エンタクミドリイシのみであった。スギノキミドリインなどの他の北上種や北限種であるヒメエダミドリイシのアラレ石飽和度依存性の検討は、平成25年度以降の課題に残された。

今回実施した2回の5段階水温飼育実験では、低温区の17℃について、$\Omega_{\mathrm{arag}}$ 値が2.1～2.2の狭い範囲でしか検討できなかった。また、高温側についても、今回の25℃区における$\Omega_{\mathrm{arag}}$ 值2.4～2.8であって、本州南岸の海水の夏の$\Omega_{\mathrm{arag}}$ 値と比べると若干低く範囲も狭かった。そこで今後、低温区（15～17℃付近）および高温区（25℃付近）でのサンゴの成長速度のアラレ石飽和度依存性を、近未来に予想される水準を含めて、より大きな$\Omega_{\mathrm{arag}}$ 範囲で検討する必要がある。本研究課題に向けて新たに開発された大容量二酸化炭素制御実験装置では、水槽6台の二酸化炭素分圧の制御と計
測が可能となったので、この目的のために活用する予定である。

## （３）２５℃および２７℃における６段階二酸化炭素分圧飼育実験

## 1 ）飼育条件の改善と対象種の拡大

平成24年度の各種サンゴの長期畜養実験（5段階水温飼育実験）では、総合的に評価して、エンタクミドリイシおよびA. solitaryensisが、海生研柏崎の実験室環境での長期飼育が比較的容易な種と考えられた。平成25年度にはサンゴ畜養水槽の水質改善に取り組み、蓄養水槽では、大部分の海水はろ過システムを通して循環供給するとともに、試験場の取水海水を十分な曝気して最小限の供給量で加えた。この結果、畜養水槽の硝酸態窒素とリン酸態リンの濃度には著しい低下が見られ、サンゴの長期飼育環境が向上した。この改善により、スギノキミドリイシの成長速度が増進しポリプの進展も活発で、健康状態が良好に保たれ、さらに飼育難度の高いクシハダミドリイシについての取り扱いも可能になった。6段階の二酸化炭素分圧を同時にモニターできる新装置が運用されるようになり、平成25年度以降は、主としてスギノキミドリイシを対象として、ヒメエダミドリイシ、クシハダミドリイシも含めて、25℃と27℃における6段階のCO₂分圧による飼育実験を実施した。

## 2 ）25℃の6段階二酸化炭素分圧飼育実験

25℃の6段階二酸化炭素分圧飼育実験について、その二酸化炭素分圧制御結果は図(1)-10、表(1)-2に示した。実験結果としてインドネシア産と串本産のスギノキミドリイン、および、串本産

A) スギノキミドリイシ（インドネシア産） B) スギノキミドリイシ（串本産）

c) クシハダミドリイン（串本産）

D) ヒメダミドリイン（串本産）

図(2)-13 水温25℃における6段階二酸化炭素分圧実験の各種サンゴ成長量。誤差棒は標準誤差（±1 SE）を示した。一元配置分散分析により、同じ記号が付与された実験区とは有意差がないことを示す。
のヒメエダミドリイシとクシハダミドリイシについての骨格成長量を図(2)-13に示した。25℃では、串本産スギノキミドリイシは、高二酸化炭素分圧（低アラレ石飽和度）区で、統計的な有意性は認められないものの、成長の低下傾向がみられた（図(2)-13B）。ただし、この傾向は、高二酸化炭素分圧区で統計的に有意な成長の低下が認められたインドネシア産のスギノキミドリイシと比較して軽微であった。ヒメエダミドリイシとクシハダミドリイシについては、条件区間で統計的に有意な差異は認められなかった。これらのサンゴ種が、25℃においては酸性化海水に対する反応が不明瞭で、すなわち海洋酸性化現象による骨格成長の低減影響は大きくはないことを示唆する。

## 3 ）27℃の6段階二酸化炭素分圧飼育実験

27℃での6段階二酸化炭素分圧飼育実験を行ったインドネシア産と串本産のスギノキミドリイシの成長量の計測結果を図(2)-14に示した。インドネシア産のスギノキミドリイシは、27℃でも25℃と同様に高二酸化炭素分圧（低アラレ石飽和度）区で、統計的に有意な成長量の減少が認められた（図(2)-14）。串本産のスギノキミドリイシでは、25℃に加え、27℃でも統計的に有意な差異は認められなかった。これは、熱帯に分布するものは、海洋酸性化に敏感に反応する可能性があり、一方で、本州温帯域産のサンゴは、熱帯性のサンゴよりも海洋酸性化への感受性がやや低いものがあることを示唆する。

## A) スギノキミドリイン（インドネシア産）

B) スギノキミドリイン（串本産）

図(2)-14 インドネシア産と串本産のスギノキミドリインの水温25℃と27℃における6段階CO₂分圧実験のサンゴ成長量。誤差棒は標準誤差（±1 SE）を示した。一元配置分散分析により、同じ記号が付与された実験区とは有意差がないことを示す。
日本周辺は世界のサンゴ礁分布の北限域となっており、近年、数値モデルとアラレ石の飽和度のデータから従来と同じ量の二酸化炭素の排出が継続した場合、日本周辺のサンゴの分布可能域は、水温上昇によって高緯度側へ北上する速度よりも、海洋酸性化により低緯度側へ縮小する速度の方が大きくなることが予測されている（Yara et al., 2012）。これまでに、アラレ石の飽和度がサンゴの骨格成長に与える影響についての飼育実験手法による検討例は、主に熱帯性のサンゴを対象として多いが、日本周辺の温帯性サンゴに着目した研究は本研究が初めてである。平成24年度には、北上種の一種、エンタクミドリイシについて、その成長速度の炭酸塩飽和度への感受性が高いことを示唆する予察的な結果が得られたが、平成25年度には畜養中の状態が良好であったスギノキミドリイシの実験を優先したために、エンタクミドリイシについて十分な検討は行えなかった。二酸化炭素分圧増加および水温上昇に対する応答の違いがあるかどうかを検討する対象種として、北上種（分布域を北方に拡大している種）はスギノキミドリイシが、北限種（北限域に分布するが北上していない種）はヒメエダミドリイシが主たる対象となろう。

## 4 ）水温2条件二酸化炭素分圧3段階の複合影響実験

平成26年度には海水温の上昇と海水の酸性化が、本州南岸に分布する温帯性サンゴに与える影響について、水温および二酸化炭素分圧を同時に調整した環境で飼育する実験から評価した。温帯性サンゴの代表的な生息地紀伊半島串本の年平均水温に近い約23℃と、今世紀末に予測される水温上昇約3℃を加えた26℃区の2つの温度区を設定し、また、二酸化炭素分圧は、対照区として現在の約400μatm、代表的炭素パス（RCP）6.5相当の750μatm、>RCP8.5相当の1200μatmの3段階を設定した。第1回目の長期飼育実験は、北上種のスギノキミドリイシとクシハダミドリイシを対象に、2014年7月29日から11月10日に至る約15週間実施した。この期間の実験水槽の二酸化炭素濃度の測定記録を図(1)-12に、平均値を表(1)-3に示した。第2回目の長期飼育実

図(2)-15 温帯性サンゴの北上種のスギノキミドリイシとクシハダミドリイシを対象にした水温2段階、二酸化炭素分圧3段階の長期飼育実験による骨格成長速度の変化。
験は、北上種のスギノキミドリインと北限種のヒメエダミドリイン等を対象に、2014年11月27日から2015年1月21日に至る約8週間実施した。

北上種のスギノキミドリイシとクシハダミドリイシを対象にした飼育実験の結果を図(2)-15に示す。現在の海洋条件に相当する400μatm区では、3℃の昇温は、北上種のスギノキミドリイシとクシハダミドリイシの骨格成長を促進させる効果が見られた。一方、二酸化炭素分圧の増加に伴い、26℃区ではこれらの北上種の骨格成長率が低下した。今後、水温の上昇によるサンゴの骨格成長促進と、海洋酸性化による抑制がちょうど釣り合うような状態を経由して、それ以上の海洋酸性化の進行はサンゴの骨格成長を現在よりも低下させてしまうことが示唆された。一方、北限種のヒメエダミドリイシではこのような傾向は認められなかった。沖縄に分布する熱帯・亜熱帯性の造礁サンゴ類には、海水のpHの低下、あるいはCO₂分圧の上昇に伴って、骨格成長速度が低下する種があることが知られている。生息に好適な水温の上限に近い熱帯・亜熱帯性のサンゴの場合は、地球温暖化による高水温化は、大きなストレスとなると考えられている。しかし、温帯域にあたる日本周辺では今後、地球温暖化によってサンゴ分布域が北上し、また、海洋酸性化による成長抑制から南下が予想されており、今回の実験結果は、基本的にこの傾向を支持する。しかし、北上種と北限種ではその傾向に違いが見られることが示唆された。

## （４）将来の気候変動と温帯性サンゴへの影響についての考察

海洋酸性化現象は、最近10年程前から新しい地球環境問題として注目を集めてきた(Orr et al., 2005；諏訪ほか，2010）。海水のpHと炭酸塩の飽和度（Ω）の低下は、海洋生物の発生や石灰化に悪影響を与えると懸念されており、海洋酸性化問題は、IPCCの第5次評価報告書においても重要課題として取り上げられている（IPCC，2014）。

海洋酸性化に関して、最初に影響を受けるのは、高緯度海域に棲息するあられ石（アラゴナイト）殻をもつ翼足類と考えられている（Orr et al., 2005）。それは、海水中の炭酸塩の飽和度（Ω）は炭酸イオン（ $ CO_{3}^{2-} $ ）濃度と温度の関数であり、あられ石は方解石（カルサイト）よりも飽和度（Ω）が低く、高緯度海域は低水温でより小さいΩ値を取るためである。一般的に有孔虫、円石藻、ホタテガイなどは方解石を、サンゴ、シャコガイ、真珠層を作るアコヤガイはアラレ石で形成されている。しかし、低緯度海域は水温が高いために、高緯度域に比較してΩ値は高いものの、やはり産業革命以前の値からの減衰は急速で、サンゴ礁生物への影響も懸念され（Kleypas et al., 1999）。数多くの実験的研究が実施されてきた。

サンゴ礁に関しては、地球温暖化の影響も顕著である。熱帯地域では、エルニーニョ現象などに伴う異常高水温によって誘発されたサンゴ白化現象が頻発している。Yamano et al.（2011）は、日本の本州周辺で生息域を急速に北方に拡大するサンゴ種の存在を報告している。日本の温帯域の海水温は、過去80年間に統計的に有意な上昇を示してきた。そして、熱帯地域のサンゴ礁形成に重要なスギノキミドリイン（Acropora muricata）とクシハダミドリイン（Acropora hyacinthus）を含む4つの主要なサンゴ種のグループは、1930年以降、極方向へ範囲拡大を示し、その速度は14 km/年に達する。一方、分布域南限範囲の縮小または局所絶滅を示す種は認められなかった。この結果は、温帯沿岸生態系の基本的变化が急速に進行していることを示唆する。地球温暖化に起因する水温上昇は今後も進行すると考えられサンゴはこのまま北上を続けることが示唆されているが、日本の高緯度域に生息するサンゴがどのような適応を示すのか、あるいは適応することが可
能であるかも重要であるにも関わらず詳しいことは明らかになっていない。長期的には海洋酸性化の進行によりΩ値の低下が造礁サンゴの北上に制約をかける可能性もあるかもしれない。Yara et al.（2012）は、炭素循環を含む気候モデルによって出力された海水温とあられ石飽和度（Ω）のデータを用いて、地球温暖化に伴う海水温上昇と海洋酸性化により、日本近海でサンゴが生息できる領域が将来大幅に縮小することを予測している。

一方、海水温の上昇と海水の酸性化にサンゴやその他の海洋生物がどのように影響を受けるかについて、環境を精密に制御した水槽飼育実験手法を用いた研究が活発に行われている（総説として、Kleypas et al., 2006）。2011年1月に沖縄県名護市で開催されたIPCC主催による海洋酸性化ワークショップでは、海洋石灰化生物の海洋酸性化に対する応答の実験的研究についてレビューが行なわれた。その中で、ハプト藻類および浮遊性有孔虫については、ほぼすべての研究例が海洋酸性化の進行に伴う石灰化量の減少を示す結果であるのに対して、サンゴについては、石灰化量の低下と増加、あるいは無影響とする研究結果が混在する状況であることが指摘された（IPCC, 2014）。サンゴ礁棲の大型有孔虫については、海水の二酸化炭素分圧の上昇に伴って、石灰化量が減少する種と増大する種があることが報告されている（Hikami et al., 2011）。このような多様な結果が、種による違いであるのか、それぞれの石灰化機構の差異に起因するのかを解明することは、今後進行する海洋酸性化が海洋石灰化生物に与える影響を正確に予想するにつながると考えられる。日本列島周辺で生息域を急速に北方に拡大するサンゴ種の今後の推移を見極めるためにも、このような環境を精密に制御した水槽飼育実験手法は有効である。特に、水温の上昇と二酸化炭素分圧の上昇の複合影響を評価できる実験系は有効である。

サンゴの飼育実験、特に環境影響評価実験に際しては、種を厳密に同定した群体を用い、環境条件比較実験にはクローン群体を用いるなど、生物学的解析を大幅に取り入れる必要がある。また、サンゴの白化状態などの代謝生理学的特徴をモニターしつつ、その実験期間に形成された骨格の成長速度を計測する必要がある。サンゴの骨格成長については、流れ（Suzuki et al., 2008）や光量（Omata et al., 2008）、群体毎の成長速度（Hayashi et al., 2013）が、どのように影響するかについては、飼育実験的手法により既に検討が行なわれており、これらの知見を最大限に活用して、本研究課題の実施にあたった。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

先行研究で実施してきた海洋生物飼育において精密に二酸化炭素分圧を調整する技術を発展させることにより、従来行えなかった$\mathrm{CO}_{2}$条件での実験を行った。具体的には、海水の水温と二酸化炭素分圧の両者を調整したうえでその二酸化炭素分圧を計測し、将来の高い二酸化炭素分圧と温暖化の両方が現れる条件で海洋生物の飼育を行う技術が確立した。研究課題2年度には、サンゴの影響評価においてよりよい飼育条件を設定でき、熱帯種と温帯種の間で、海洋酸性化影響に違いがあることを見出した。これは、温帯域への熱帯性サンゴの北上の今後を予測するために重要な情報となる。研究課題最終年度には、サンゴの影響評価について、温度、二酸化炭素分圧の複合影響の精密な評価を行うことができた。その結果、近未来の日本沿岸のサンゴについては、水温上昇が熱帯性サンゴの北上を進めるが、今世紀後半など二酸化炭素分圧がさらに高まる場合において海洋酸性化影響が北上を抑制する可能性が示唆された。このような実験的研究例は世界で初
めてであり、実際に北上サンゴが確認されているわが国でしかできない貴重な研究である。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

平成27年2月21日には、本研究課題が主催し「海洋酸性化がわが国周辺の生物に与える影響を評価する」と題する一般向け研究成果報告会にて、研究分担者が講演を行った。また、平成27年3月16日には、那覇市で開催されたIPCC公開シンポジウム「地球温暖化問題について考えよう！最新の科学と温室効果ガス排出量監視の取りくみ」において、研究分担者が本課題の成果に関連する講演を行った。この講演の発表資料は、公益財団法人地球環境戦略研究機構ホームページにて公開されている（日本語版：http://www.iges.or.jp/jp/alliges/20150316.html、英語版：http://www.iges.or.jp/en/alliges/20150316.html）。

### 6. 国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない。

### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

1) A. Kato, M. Hikami, N. H. Kumagai, A. Suzuki, Y. Nojiri, and K. Sakai: Marine Environmental Research, 94, 1-6, 2013. doi:10.1016/j.marenvres.2013.10.010

“Negative effects of ocean acidification on two crustose coralline species using genetically homogenous samples”

2) S. Ohki, T. Irie, M. Inoue, K. Shinmen, H. Kawahata, T. Nakamura, A. Kato, Y. Nojiri, A. Suzuki, K. Sakai, and R. van Woesik: Biogeosciences, 10, 6807-6814, 2013. doi:10.5194/bg-10-1-2013 "Calcification responses of symbiotic and aposymbiotic corals to near-future levels of ocean acidification"

## くその他誌上発表（査読なし）>

特に記載すべき事項はない。

## （2） 口頭発表（学会等）

1) 氷上 愛、石村豊穂、藤田和彦、鈴木 淳、野尻幸宏、酒井一彦、川幡穂高：日本地球惑星科学連合大会、千葉（2013）

「海洋酸性化によるサンゴ礁棲有孔虫殻の安定同位体比の変化」

2) 森 千晴、鈴木 淳、磯野良介、渡邊裕介、林 正裕、山本雄三、野尻幸宏、山野博哉、野村恵一、井上 麻夕里、西田 梢、中島 礼、川幡穂高：日本地球惑星科学連合大会、千葉（2013）
「気候変動が温帯性サンゴの成長に及ぼす影響の飼育実験による検討」

3) M. Hikami, T. Ishimura, K. Fujita, A. Suzuki, Y. Nojiri, H. Kawahata: Fall Meeting, American Geophysical Union, San Francisco, USA, 2013.

“The carbon and oxygen isotope records of reef-dwelling foraminifers subjected to five varied $ pCO_{2} $ seawater”

4) S. Kim、鈴木 淳、林 正裕、山本雄三、堀田公明、磯野良介、渡邊裕介、山野博哉、野村恵一、西田梢、井上麻夕里、張勁、野尻幸宏：日本地球惑星科学連合大会、千葉（2014）「海洋酸性化が温帯性サンゴの成長に与える影響について」

5) 鈴木 淳、林 正裕：第12回環境研究シンポジウム、東京（2014）

6) 鈴木 淳：環境研究総合推進費成果報告会、東京（2015）「海洋酸性化がわが国周辺の生物に与える影響を評価する」

7) 鈴木 淳、山野博哉：気候変動に関する政府間パネル(IPCC) 公開シンポジウム、那覇（2015）「日本周辺域で見られるサンゴの生息域変化と海洋酸性化」

8) 鈴木 淳：日本地球惑星科学連合大会スペシャルレクチャー、千葉（2015）「サンゴ、サンゴ礁と地球環境一生物学と地球科学の連携研究一」

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

## （４）「国民との科学・技術対話」の実施

1) 環境省環境研究総合推進費一般向け研究成果報告会「海洋酸性化がわが国周辺の生物に与える影響を評価する」（平成27年2月21日、TKP市ヶ谷カンファレンスセンター・東京、聴講者約60名）

## （５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない。

## (6) その他

特に記載すべき事項はない。

### 8 \. 引用文献

1) 野島 哲・岡本峰雄（2008）造礁サンゴの北上と白化．日本水産学会誌, 74, 884-888, doi.org/10.2331/suisan.74.884

2) 山野博哉・浪崎直子 (2009) 最前線のサンゴ: 千葉県館山のエンタクミドリイシ群体の変化. 日本サンゴ礁学会誌, 11, 71-72.

3) Yamano, H., Sugihara, K. and Nomura, K. (2011) Rapid poleward range expansion of tropical reef corals in response to rising sea surface temperatures. Geophysical Research Letters, 38: L04601.
4) Yara, Y., Vogt, M., Fujii, M., Yamano, H., Hauri, C., Steinacher, M., Gruber, N. and Yamanaka, Y. (2012) Ocean acidification limits temperature-induced poleward expansion of coral habitats around Japan. Biogeosciences, 9: 4955–4968.

5) Orr, J. C., Fabry, V. J., Aumont, O., Bopp, L., Doney, S. C., Feely, R. A., Gnanadesikan, A., Gruber, N., Ishida, A., Joos, F., Key, R. M., Lindsay, K., Maier-Reimer, E., Matear, R., Monfray, P., Mouchet, A., Najjar, R. G., Plattner, G.-K., Rodgers, K. B., Sabine, C. L., Sarmiento, J. L., Schlitzer, R., Slater, R. D., Totterdell, I. J., Weirig, M.-F., Yamanaka, Y., and Yool, A. (2005) Anthropogenic ocean acidification over the twenty-first century and its impact on calcifying organisms, Nature, 437, 681–686, doi:10.1038/nature04095.

6) 諏訪僚太・中村崇・井口亮・中村雅子・守田昌哉・加藤亜記・藤田和彦・井上麻夕里・酒井一彦・鈴木淳・小池勲夫・白山義久・野尻幸宏 (2010) 海洋酸性化がサンゴ礁域の石灰化生物に及ぼす影響. 海の研究, 19, 21-40.

7) IPCC (2014) Summary for policymakers. In: Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Part A: Global and Sectoral Aspects. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Field, C.B., V.R. Barros, D.J. Dokken, K.J. Mach, M.D. Mastrandrea, T.E. Bilir, M. Chatterjee, K.L. Ebi, Y.O. Estrada, R.C. Genova, B. Girma, E.S. Kissel, A.N. Levy, S. MacCracken, P.R. Mastrandrea, and L.L. White (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 1-32.

8) Kleypas, J. A., Buddemeier, R. W., Archer, D., Gattuso, J.-P., Langdon, C., and Opdyke, B. N. (1999), Geochemical consequences of increased atmospheric carbon dioxide on coral reefs, Science, 284, 118–120.

9) Kleypas, J. A., R. A. Feely, V. J. Fabry, C. Langdon, C. L. Sabine, and L. L. Robbins (2006) Impacts of Ocean Acidification on Coral Reefs and Other Marine Calcifiers: A Guide for Future Research. Report of a workshop held on 18-20 April 2005, St. Petersburg, FL, sponsored by NSF, NOAA, and the U.S. Geological Survey, 88pp.

10) Hikami, M., Ushie, H., Irie, T., Fujita, K., Kuroyanagi, A., Sakai, K., Nojiri, Y., Suzuki, A., Kawahata, H. (2011) Contrasting calcification responses to ocean acidification between two reef foraminifers harboring different algal symbionts. Geophysical Research Letters, 38, L19601, doi:10.1029/2011GL048501.

11) Suzuki, A., Nakamura, T., Yamasaki, H., Minoshima, K., Kawahata, H. (2008) Influence of waterflow on skeletal isotopic composition in the coral Pocillopora damicornis. Coral Reefs 27:209–218.

12) Omata, T., Suzuki, A., Sato, T., Minoshima, K., Nomaru, E., Murakami, A., Murayama, S., Kawahata, H., Maruyama, T. (2008) Effect of photosynthetic light dosage on carbon isotope composition in the coral skeleton: Long-term culture of Porites spp. Journal of Geophysical Research-Biogeosciences, 113, G02014, doi:10.1029/2007JG000431

13) Hayashi, E., Suzuki, A., Nakamura, T., Iwase, A., Ishimura, T., Iguchi, A., Sakai, K., Okai, T., Inoue, M., Araoka, D., Murayama, S., Kawahata, H. (2013) Growth-rate influences on coral climate
proxies tested by a multiple colony culture experiment. Earth and Planetary Science Letters, 362, 198-206, doi:10.1016/j.epsl.2012.11.046
## （３）海洋生物の再生産過程における水温と海洋酸性化の影響

公益財団法人海洋生物環境研究所

$$ 実証試験場 \quad 応用生態グループ $$

$$ 林 \quad 正裕 \cdot 吉川貴志 $$

$$ \langle 研究協力者 \rangle 山本雄三 \cdot 渡遽裕介 \cdot 諏訪僚太 $$

平成24(開始年度)～26年度累計予算額：36,265千円（うち、平成26年度予算額：11,440千円）予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

人間活動で増加した大気中の二酸化炭素 $ CO_{2} $ は地球温暖化と共に海洋酸性化を引き起こす。海洋酸性化の魚類への影響評価は、熱帯性小型魚類の行動を対象とした研究に偏っており、水産有用魚種についての情報は限られている。また、高水温と海洋酸性化の魚類への複合影響を調べた報告は殆ど無い。そこで、大型水槽を用いて水産有用魚種の再生産過程を対象とした影響評価実験を実施し、今後の水産資源における温暖化と海洋酸性化の影響を検討した。

初めに、サブテーマ（1）で確立した容量1t水槽におけるCO₂分圧の制御方法を用いてシロギス（Sillago japonica）親魚の産卵実験を行い、産卵・受精から仔魚の成長段階に対する酸性化の単純影響及び温暖化との複合影響をそれぞれ明らかにした。単純影響を調べた結果、シロギスの産卵回数、卵の正常発生率、孵化率、孵化仔魚の耳胞面積及び脊索長に5段階のCO₂分圧区（対照区（約500μatm）・850・1,400・2,400・4,000μatm区）間で有意な変化はみられなかった。しかし、複合影響を調べた結果、卵の正常発生率で有意な複合影響（+2°C-2,000μatm区で正常発生率が低下）が認められた。次に、産卵実験中に産出した卵に対するCO₂耐性の有無を異常発生24時間半数影響分圧から調べた結果、卵の耐性に変化はなかった。最後に、より大型の魚類への影響評価を可能とするために、サブテーマ（1）において容量10t水槽でのCO₂分圧の制御方法を開発し、その方法の有効性をマダイ（Pagrus major）の産卵実験によって試みた。その結果、マダイの再生産過程への影響評価を問題なく実施できた。

以上の結果より、シロギスの再生産過程は、海洋酸性化に対して感受性が低いが、水温上昇と酸性化の複合影響を受ける可能性が示唆された。また、容量10t水槽レベルでの影響評価方法を確立した。今後は、より多くの魚種への影響評価を行うことで、将来の海洋酸性化が水産業や海洋生態系に及ぼす影響の予測に必要な情報を蓄積していく必要がある。

## [キーワード]

二酸化炭素、海洋酸性化、地球温暖化、複合影響、水產有用魚種

### 1. はじめに

人間活動で増加した大気中のCO₂は地球温暖化を引き起こす。地球温暖化と並び、近年最も注目される地球環境問題の一つは、人為起源のCO₂によって引き起こされる海洋酸性化である（IPCC，2006）。様々な海洋生物の分類群への影響評価が進められる中、魚類への影響評価の例数は未だ