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## 2 A-1203 海洋生物が受ける温暖化と海洋酸性化の複合影響の実験的研究

## （1） 海洋生物飼育実験用 $ CO_{2} $ 分圧制御と実験管理手法の提供

独立行政法人国立環境研究所

地球環境研究センター

野尻 幸宏

平成24～26年度累計予算額：46,774千円（うち、平成26年度予算額：17,843千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

本サブテーマは、研究組織全体の中で技術的基盤を提供するものであり、本研究計画が目的とする二酸化炭素分圧と水温の両方を変化させて生物の応答を見る実験に適した海洋生物飼育実験用二酸化炭素分圧制御装置を開発運用することを目的として実施した。従来装置には海水の温度を変化させると同時に海水の二酸化炭素分圧が化学平衡のために変化する問題があるだけでなく、水産有用魚類の再生産実験を行うには従来装置に比して数十倍の水量を確保する必要があった。そこで、水槽の海水二酸化炭素分圧の新しい制御法として、海水に純二酸化炭素ガスを溶解して高濃度の二酸化炭素を含む海水を生成し、それと原海水を定量的に混合する手法を開発し、本研究課題では利用することとした。

大量の試験海水が必要である魚類の再生産実験においては、投げ込み式平衡器を用いる海水二酸化炭素分圧測定装置を利用し、試験的装置での特性試験を行ったうえで、新規の海水中二酸化炭素分圧制御計測装置を導入し、実際のシロギスの再生産実験を1t水槽5連もしくは6連で実施した。また、マダイの再生産実験には10t水槽が必要とされたために装置をスケールアップして実施を可能とした。これらの装置による二酸化炭素分圧制御は、精度を確認された船上用計測装置で検定した。

サンゴの飼育実験においては、温度と海水中二酸化炭素分圧を同時に精密に制御することが必要であり、試験施設の水温調整海水供給能力を生かし、装置運用を行った。炭酸カルシウム飽和度調整及び非調整実験を行い、サンゴ種の炭酸カルシウム飽和度への応答試験を行った。次に、3段階の水温下での二酸化炭素分圧制御実験を行い温度ごとの二酸化炭素影響を評価した。最終的に水温と二酸化炭素分圧の同時制御を行うことで、サンゴ種が受ける将来影響の評価を行った。

## [キーワード]

二酸化炭素、海洋酸性化、地球温暖化、沿岸生物、複合影響

### 1. はじめに

人為的な二酸化炭素排出量増加は大気二酸化炭素濃度上昇を通して、地球温暖化と海洋酸性化を同時進行させている。海洋生物は、温暖化のみならず人為起源二酸化炭素の直接影響として海洋酸性化の影響を受け得るため、同時進行を踏まえてその複合影響評価が必要である。技術・設備的実現性と研究ニーズから、日本周辺の北限域サンゴ種、水産有用魚種、ケイ薬・円石薬等の
植物プランクトン種を研究対象とした。参画機関の協力のもと、先駆的な二酸化炭素制御系を活用する飼育・培養実験を行い、地球温暖化と海洋酸性化の近未来影響を評価する実験的研究を行う。成果として、沿岸海洋生態系変化予測、水産資源将来予測、炭素循環将来予測等に活用される基礎的な科学的知見が期待される。水温と二酸化炭素の正確な制御という物理化学面と、対象生物種の入手・維持という生物面の両技術・設備がない限り、環境制御飼育実験には新たに大きな投資や長い経験蓄積が必要となる。そこで、技術・設備的実現性と研究ニーズを考慮し研究対象を設定した。本サブテーマは、参加機関が担当する生物飼育実験において、海水の二酸化炭素分圧を制御する技術的基盤を提供する。機器の開発運用支援により、実際の実験の確実な実施を図る。

図1-1 本課題の研究体制。

## 2 ．研究開発目的

わが国沿岸で急速な分布域北上が確認されているサンゴは、分布域の変化が沿岸生態系の変化をもたらす可能性があるものの、大気二酸化炭素濃度増大による炭酸カルシウム飽和度低下が石灰化を抑制するので分布域移動に制約がかかる可能性がある。ただし、北上サンゴ種自体の二酸化炭素に対する応答性が知られていないため予測は難しい。北上サンゴ種では、高水温・低水温ともその生息域を決める要因となるので、水温と二酸化炭素の複合影響を飼育実験から明らかにする。一般に生物では再生産プロセスが環境因子の変化に対して脆弱であり、二酸化炭素に対する急性毒性レベルが高い魚類においても、今後予想される大気二酸化炭素増加レベルでの影響を評価する必要がある。しかしながら、影響評価実験例は飼育実験が容易な極小型魚種に限られている。そこでこれまで例のなかった大型水槽での二酸化炭素制御を行い、有用魚種を対象とする影響評価実験を行う。産卵前から高CO2環境に順化させた上で、産卵・受精から稚魚成長段階における水温と二酸化炭素の複合影響を明らかにする。これは、今後の水産資源への海洋酸性化影響評価に重要である。植物プランクトンは、海洋表層の炭素循環の出発点であり、昇温と二酸化炭素増大という環境変化が生産に及ぼす影響は、気候フィードバック解明のカギであるが、現実海洋の応答を評価するには、種レベル実験から大規模なメソコスム実験までが必要とされている。ここでは、ケイ薬と円石藻という石灰化をしない群とする群を対照して、これまでほとんど実験例のない昇温と二酸化炭素濃度増加の複合影響を、単離種による実験室レベル実験と自然プラン
クトン群集による現場型培養実験の両者から評価する。評価実験に必要な二酸化炭素濃度制御については、高度な実験管理技術を共通に利用して実施する。

本サブテーマは、図(1)-1の研究組織において技術的基盤を提供するものであり、本研究計画が目的とする二酸化炭素分圧と水温の両方を変化させて生物の応答を見る実験に適した海洋生物飼育実験用二酸化炭素分圧制御装置を開発運用することが目的である。従来装置には海水の温度を変化させると同時に海水の二酸化炭素分圧が化学平衡のために変化する問題があるだけでなく、水産有用魚類の再生産実験を行うには従来装置に比して数十倍の水量を確保する必要があった。そこで、水槽の海水二酸化炭素分圧の新しい制御法として、海水に純二酸化炭素ガスを溶解して高濃度の二酸化炭素を含む海水を生成し、それと原海水を定量的に混合する手法を開発し、本研究課題では利用することとした。

### 3. 研究開発方法

## （１）大型水槽の二酸化炭素分圧調整飼育装置の開発

先行課題では、海洋生物飼育実験用二酸化炭素分压制御実験装置として、臨海施設が取り込んでいる海水を濃度既知の二酸化炭素を含む空気でバブリングして目的二酸化炭素分圧を達成し、合わせて達成度を分析確認するものを開発し（AICAL装置）、国内の連携研究機関で利用してきた。しかし、本研究計画が目的とする二酸化炭素分圧と水温の両方を変化させて生物の応答を見る実験での利用には、2点の問題があった。ひとつは海水の温度を変化させると、同時に海水の二酸化炭素分圧が化学平衡のために変化することである。もうひとつは魚類の再生産実験を行うには少なくとも1tスケールのかけ流し水槽の二酸化炭素分圧を制御する必要があり、AICAL装置の数十倍の水量確保が必要なことである。そこで（公財）海洋生物環境研究所実証試験場（新潟県柏崎市、以下、海生研と記述）の施設を用い、300L水槽で予備実験を行った。海水中二酸化炭素分圧の新制御法として、海水に純二酸化炭素ガスを溶解して高二酸化炭素分圧の海水を作り、それと原海水を定量的に混合する方法を開発した。この際に、目的二酸化炭素分圧に達したかどうかは、先行研究の過程で開発した投げ込み平衡器式二酸化炭素分圧計測装置で確認した。結果は良好で、大容量の二酸化炭素制御が行える目途が立ち、本課題のための新しい二酸化炭素制御実験装置を設計製作した。装置は簡易な二酸化炭素ガスセンサーを用いる二酸化炭素分圧制御部6連を有し、海水・ガス制御系と組み合わせて水槽6台のCO₂制御と二酸化炭素分圧計測を行うことができるものである。

図(1)-2に魚類の再生産実験のために組みあげた飼育装置全体構成図を示す。本課題開始早々の平成24年7月の実験開始には、先行研究で開発した投げ込み平衡器（5mm径ゴアテックス管5m巻）式二酸化炭素分圧計測装置（赤外分光計1チャンネル：紀本電子工業製CO2-09型）を使用した。装置に平衡器5連自動切り替え装置を組み合わせ、5台の水槽の二酸化炭素分圧の順次計測を可能とした。海生研には圧力制御された沿岸表層海水供給があるので、デジタル流量計で流量をモニターしながら、流量制御バルブにより安定な流量でタンク毎に供給できる。高二酸化炭素分圧海水調整溶解塔では、海水流に並流溶解するように純二酸化炭素ガスを底部からバブラーで供給する。気泡上昇とともに上端から流れ出るオーバーフロー海水の二酸化炭素濃度を最も高くする方法である。目視観察によれば、標準的な条件で二酸化炭素気泡はほぼ完全溶解していた。そのため、高二酸化炭素分圧海水のリザーバーの二酸化炭素分圧はガス流量と海水流量から計算できる。
ブテーマ(3)の項で示すシロギス産卵実験の標準的条件では、その値は約17000 μatmであった。高二酸化炭素分圧海水は、小型水中ポンプで流量を制御し、デジタル流量計で流量をモニターして飼育水槽(1t)に送り、自然海水と水槽の注入口で混合される。水槽に送る水流は、水槽内に回転流を作る目的で水面をたたくよう供給するので、一部の二酸化炭素はガス交換で大気に抜ける。その結果、海水の混合比から想定される二酸化炭素分圧より水槽内の実二酸化炭素分圧は低くなる。本システムの特長は、水槽内の二酸化炭素分圧を実計測できることであり、結果としての水槽の実二酸化炭素分圧を測定するので、目的二酸化炭素分圧となるように高二酸化炭素濃度海水供給量と自然海水混合量を微調整することで、実験区の二酸化炭素分圧を目的値に一定に保つことができる。

平成24年10月に、本課題のための新規装置（紀本電子工業製、SDC-12型）を導入し6系統同時計測が可能となった。シロギス飼育実験の1-2回目は平衡器5連自動切り替え装置で、3回目は6系統同時計測装置で二酸化炭素分圧を計測しながら行った。また、サブテーマ(2)で結果を示すサンゴ飼育実験でも、前半の実験は1系統測定装置を使ったが、後半の実験から6連自動計測装置が使えるようになった。一方、新規に導入したこれらの装置の計測の正確さを確認する目的で、従来から船上二酸化炭素分圧観測に用いてきた高精度な二酸化炭素分圧計測装置（紀本電子工業製、MOG-501型）との、長期の連続比較実験を海生研で行った。高精度装置は、国際相互比較実験等で、正確さが確認されたものである。

平成25年度においては、装置を継続的に実験利用してその精度管理を行うとともに、魚類の再生産実験の対象種を拡大する目的でより大容量の水槽の二酸化炭素分压制御実験を行った。これまでの実験の水槽サイズは最大1tで屋内設置型であったが、水槽のさらなる大型化は屋外実験になる。そこで、琉球大学熱帯生物圏研究センター瀬底研究施設の協力を得て、屋外で二酸化炭素計測制御装置を利用する実験を行った。本課題向けに製作した6連計測装置（上述）は屋外設置が困難なため、先行研究で開発した可搬型二酸化炭素計を収納庫に入れて屋外に設置した。二酸化炭素溶解塔で高濃度二酸化炭素海水を調整して原海水と定量混合することにより、200 L水槽5連で二酸化炭素分圧の調整を行った。自動平衡器切替器により、5つの水槽の二酸化炭素分圧を順次切り替え測定した。瀬底研究施設では平成25年4月から現在に至るまで長期継続使用中である。水槽で調整した海水を生物飼育実験に利用しており、天然光条件下で生物飼育ができるという大きな長所を確認した。

上記の実績を踏まえ、海生研柏崎で実施を予定している大型水槽を用いる本実験に備えた予備実験を行った。10t水槽3台のCO₂分圧を順次計測できるように可搬型二酸化炭素計を野外設置した（図(1)-3左）。予定しているマダイの再生産実験に必要な水槽サイズ10tにあわせて、二酸化炭素ガスを海水に溶解して高濃度二酸化炭素海水を調整する溶解塔を100mm径から150mm径へスケールアップし、海水を大流量にしても流速が高まり過ぎないようにした（図(1)-3中）。マスフローコントローラ、海水流量計などの部品の多くを、全体の大容量化に合わせてスケールアップした。平成26年度の実実験においては、3台の大型水槽（容量10 t）で、かけ流し水の流量は0.5回転/h、すなわち約80L/hという大流量とし、光環境は自然日長の飼育環境としてマダイの再生産実験を行った。
図(1)-2 海洋生物環境研究所実証試験場（新潟県柏崎市）施設にセットアップした1t水槽による魚類再生産実験用二酸化炭素分压制御海洋生物飼育装置の概念図。

図(1)-3 大型水槽(10t)の二酸化炭素分圧調整予備試験。左：可搬型二酸化炭素分圧計測装置の設置、中：10t水槽の脇に二酸化炭素溶解塔を設置、右：蓄養中のマダイと設置した投げ込み式平衡器。
## (2) サンゴの飼育実験用の水温と二酸化炭素分圧を調整する飼育装置の開発

投げ込み平衡器式二酸化炭素分圧測定装置、および、本課題のために新規に設計製作した海洋生物飼育実験用二酸化炭素分圧制御装置を、温帯性サンゴを対象にした一連の飼育実験に応用した。装置全体の概要を図(1)-4に示す。先行課題である環境研究総合推進費「海洋酸性化が石灰化生物とその生態系に与える影響の実験的研究」（課題代表：国立環境研究所・野尻幸宏、平成20～22年度）によって開発され、琉球大学熱帯生物圈研究センターで使用された海洋生物飼育実験用二酸化炭素分圧制御装置は、課題名から通称、AICAL装置と呼ばれている（Ohki et al., 2013）。これに習い、本研究課題で開発された装置をAICAL-Ⅱ装置と呼称する。

図(1)-4　5段階水温飼育実験における海水二酸化炭素分圧の調整方法の概要。全期間の温帯性サンゴを対象とした飼育実験にこのシステムが使用された。
## 4 ．結果及び考察

## （１）大型水槽の二酸化炭素分圧調整飼育装置の開発

魚類の再生産への二酸化炭素影響評価実験に用いた装置の概念は図(1)-2に示した。本実験の場合は、二酸化炭素を加えない対照水槽に対し、4つの水槽の海水の全炭酸が等間隔で高まるように設定し、二酸化炭素分圧として約500（対照）、850、1400、2400および4000 μatmになった。実験期間中の二酸化炭素分圧変動の例を図(1)-5に示す。二酸化炭素分圧の異なる各濃度区の実測値は3回の繰り返し実験において860±60、1400±50、2500±60および4100±80 μatm（Mean±SD、n=3）となり、目標とする分圧の範囲に制御・維持することができた。

図(1)-5 シロギスの産卵実験における海水二酸化炭素制御結果。平成24年度実験の2回目の結果を例示。

本研究課題のために製作した二酸化炭素分压制御飼育装置の海水二酸化炭素分圧計測部をより高精度な二酸化炭素分圧計測装置（紀本電子工業製、MOG-501型）と比較する実験を、平成24年12
月から平成25年2月にかけて実施した。冬季の低水温期であったため、二酸化炭素分圧は290～350μatmの範囲で変動し、典型的な日内変動は10～20μatmであった。高精度装置との平均的な偏差は±3μatm程度であった。この実験から、本装置が生物飼育実験での制御に求められる正確さを十分に満たしていることが確認された。また、長期連続運付着藻類が付くことの影響が懸念されたが、目視で著しく汚れているように見える平衡器であっても、水槽内の水流の強い場所に置くことにより±3μatmの正確さに影響を及ぼさないことが分かった。

平成26年2月20日から21日にかけて行った10 t水槽の二酸化炭素分压制御予備実験では、表(1)-1のような海水の二酸化炭素分圧調整結果が得られた。実験前に二酸化炭素平衡計算プログラムCO2sysを用いて、海水温度、海水塩分、二酸化炭素添加による海水の全炭酸増加量、を考慮し、おおむね適当と思われる実験条件を推定した。1日目には二酸化炭素溶解塔に加える純二酸化炭素ガス流量を1L/min、溶解塔に流す海水流量を10 L/min、10 t水槽に加える高二酸化炭素濃度海水流量を5 L/min、10 t水槽に流す原海水流量を80 L/minとした。原海水が320 ppm程度で、二酸化炭素調整海水は1238 ppmとなった。昇温海水槽は、加温海水を加えてマダイを蓄養している水槽であり原海水より二酸化炭素分圧が高い。2日目に向けて、二酸化炭素ガス流量を2 L/minとして翌朝までの安定状況を見たところ、2923±81 ppmと安定な高二酸化炭素条件が達成された。この結果を受け、平成26年度の10 t水槽によるマダイの再生産実験においては、コントロール、高二酸化炭素区1、高二酸化炭素区2の3水槽で実験を行う計画とした。高二酸化炭素区1、高二酸化炭素区2のそれぞれに高二酸化炭素濃度海水を2.5 L/minおよび5 L/minの流量で加えることで、+1000 ppm程度と+2500 ppm程度の二酸化炭素上昇設定が可能である。一般的な二酸化炭素ガスボンベ（30 kg充填）を二酸化炭素源として用いる場合、約5日で1本を消費するが、週2回の交換で実験が行えるので、現実的な実験条件と考えられた。

表(1)-1 10 t水槽の二酸化炭素調整実験結果、二酸化炭素分圧レベルを平衡乾燥空気の二酸化炭素分率ppmで表示。

2月20日12時－15時	2月20日15時－18時	2月20日21時－24時	2月21日0時－3時	2月21日3時－6時	2月21日6時－9時
昇温海水槽	383	381	371	371	372	373
CO2調整槽	1284	1238	2897	3028	2933	2835
原海水槽	338	320	319	321	323	328

図(1)-6に、魚類の再生産実験の対象種を拡大する目的で平成26年6月に大容量(10 t)の屋外設置型水槽の二酸化炭素分压制御実験を行った結果を示す。15日間にわたり対照区（無制御）、高二酸化炭素分圧条件の1000および2000 μatmの実験設定を行い、それぞれ508±27.4、1060±60.7 μatm、2140±129 μatm（平均値±SD、n=54、53、53）という安定的な二酸化炭素分压制御を行なうことができた。また、各実験区に収容したマダイについて、全ての水槽で産卵が観察され、大型水産有用魚種の再生産過程における海洋酸性化を評価する実験に本課題で開発した二酸化炭素分圧手法が有効であることが実証された。
図(1)-6 大型10t水槽を用いた15日間にわたる二酸化炭素分压制御試験期間における二酸化炭素分圧値の時間変動。

## (2) サンゴの飼育実験用の水温と二酸化炭素分圧を調整する飼育装置の開発

研究開始初年度の平成24年度には、温帯性サンゴ類の骨格成長速度の温度依存性を検討するために、本研究では長期飼育が容易と判断されたエンタクミドリイシ等を対象に、2つの段階恒温飼育実験を実施した。最初の実験では、温度を5段階（13℃，17℃，21℃，25℃，29℃）として、さらに各温度区の二酸化炭素分圧（pCO₂）をほぼ一定にすることを試みた。原海水から、冷却および加熱により温度を調整された海水は、その温度に応じて二酸化炭素分圧が変化するが、低温区では二酸化炭素分圧が低下するため、二酸化炭素を添加して二酸化炭素分圧を一定化させるものである。この結果、低温度区において炭酸塩の飽和度（Ω）の低下が生じる。そこで、この第1の実験を「Ω調整実験」と呼称する。実証試験場に送水された海水をまず容量500 Lのチタン製大型水槽で曝気し、各温度区の二酸化炭素分圧を大気条件に近づくようにバブリングを行った（図(1)-3）。しかし、低温度区では、二酸化炭素分圧が低くなるため、炭酸ガス溶解塔からの炭酸濃厚海水をペリスタポンプで200 L水槽に添加し、全温度区で除湿後の二酸化炭素濃度の計測値がほぼ一定になるように調整を行った。このシステムは4基設置し（13℃，17℃，25℃，29℃）、21℃区は17℃と25℃の海水を混合することで調整を行った。結果として、Ω値は高温度区から3.1，2.8，2.4，2.1，1.8と大きな違いが生じた（表(1)-2）。各温度区に二酸化炭素分圧をほぼ一定に調整した海水を4 L/minでプラスチック製サンゴ飼育水槽（ニッソー社，3 L，226×151×148 mm）に供給し、水槽あたり0.6 L/minの流量で掛け流し給水した。
表（1）-2 温帯性サンゴについて実施した2回の5段階水温実験における水温および炭酸系緒量の平均値。海水の炭酸系緒量として、除湿後の二酸化炭素濃度 $ xCO_{2} $ とアラレ石飽和度 $ \Omega_{arag} $ および炭酸イオン濃度 $ \left[CO_{3}^{2-}\right] $ を示した。第1回の5段階水温実験における塩分および全アルカリ度は $ 32.4 \pm 0.2 $ and $ 2156 \pm 16 \mu mol kg^{-1} $ 、第1回の実験については、 $ 31.8 \pm 0.6 $ および $ 2129 \pm 24 \mu mol kg^{-1} $ であった。海水のpH（total hydrogen ion scale）ほかの炭酸系緒量は計算プログラムソフトウェアCO2calc（Pierrot et al., 2006）を用いた。

条件	平均	水温(℃)	平均	xCO2(ppm)	Ωarag	pH	[CO32-]
標準偏差	変動係数	標準偏差	変動係数	平均	平均	平均
第1回実験	(Ω調整	(pCO2一定)	実験)
13℃	12.9	0.2	1.6%	450	13	2.9%	1.79	7.982	116
17℃	17.0	0.2	1.0%	451	16	3.6%	2.08	7.984	133
21℃	20.9	0.3	1.3%	450	-	-	2.40	7.986	151
25℃	25.0	0.2	0.8%	450	12	2.6%	2.76	7.986	171
29℃	29.0	0.2	0.7%	450	10	2.3%	3.14	7.984	191
第2回実験	(Ωは水温変化に合わせた成り行き)
13℃	13.2	0.1	1.1%	354	22	8.1%	2.10	8.070	136
17℃	16.9	0.2	1.1%	405	23	8.2%	2.18	8.021	139
21℃	21.1	0.2	1.1%	473	36	7.7%	2.26	7.965	143
25℃	25.0	0.1	0.6%	544	45	5.7%	2.35	7.913	145
29℃	28.7	0.4	1.5%	637	52	6.2%	2.39	7.855	145

第2の実験では、各温度区の炭酸系には操作を施さなかった。原海水から、冷却および加熱により得られた水温区は、その温度差に応じて二酸化炭素分圧が変化するが、二酸化炭素を添加しないため、低温度区においてもΩ値の低下は大きくない。結果としてΩ値は高温区から2.4,2.4,2.3,2.2,2.1と比較的狭い範囲に保たれた（表(1)-2）。この第2の実験を、「Ω未調整実験」と呼称する。両実験の結果は図(1)-7にグラフとして示した。
(B)

(C)

図(1)-7 温帯性サンゴを対象に実施した2回の5段階水温実験における期間中の水温（A）、水槽温度における二酸化炭素分圧(B)とアラレ石飽和度（Ωarag）（C）。誤差棒は標準偏差を示す。

平成25年度には、温帯性サンゴ種の海洋酸性化影響評価試験のために、二酸化炭素分圧を6段階に調整できる飼育装置を製作した（図(1)-8）。基本構成は、図(1)-2に示したものと同様であるが、100L混合タンクとサンゴ曝露水槽の組み合わせを6連で設置し、すべてに濃厚炭酸海水を任意の流量で添加し、二酸化炭素分圧を調整することができる。また、水酸化ナトリウム溶液をペリスタチックポンプで添加する装置を2系統用意し、無添加海水（対照区の海水）の二酸化炭素分圧よりも低い値にも設定することが可能で、産業革命前の二酸化炭素分圧を想定した条件区を設けることができる。

(A)

(B)

図(1)-8 サンゴ飼育実験用の精密海水二酸化炭素分圧調整装置（通称、AICAL-Ⅱ装置）の全景写真(A)とシステム構成の見取図(B)。
(A)

図(1)-9 IPCC の第5次評価報告書（IPCC，2014）で議論されている代表的温室効果ガス濃度経路（RCP）と、水温25℃における二酸化炭素分圧6段階実験の制御結果（期間平成25年11月7日-12月23日の毎時測定値の平均、誤差棒はSD）。二酸化炭素分圧の最も低い条件区には、水酸化ナトリウム溶液の添加が行われている。

二酸化炭素分圧の設定は、対照区として現在の約400 μatm、気候変動に関する政府間パネル（Intergovernmental Panel on Climate Change: IPCC）の第5次評価報告書（IPCC, 2014）で議論されている代表的温室効果ガス濃度経路（RCP）4.5相当の550 μatm、6.5相当の750 μatm、>RCP8.5相当の1000 μatmおよび1200 μatmの5段階と、産業革命前の280 μatmを加えた6段階とした（図(1)-9）。この装置を用いて、水温17℃における飼育実験を1回、25℃における飼育実験を2回、27℃における飼育実験を1回実施した。水温17℃における実験期間中の二酸化炭素濃度の変動を図(1)-10に、水温17℃と水温25℃における実験の期間中の炭酸系緒量の平均値を表(1)-3に示した。海水の炭酸系の化学平衡の特徴から、二酸化炭素分圧が高い条件区では、二酸化炭素分圧の変動係数が増大する傾向が見られるが、概抜15%以内の制御が可能であった。
図(1)-10 水温17℃における二酸化炭素分圧6段階の飼育実験期間中における二酸化炭素濃度の変動。平成25年7月25日から8月1日までの結果を示す。二酸化炭素分圧の最も低い条件区には、水酸化ナトリウム溶液の添加が行われている。

今回の二酸化炭素分圧6段階実験のあられ石飽和度（Ω arag）は概ね3.0から1.0の範囲に設定された。これは、日本周辺海域の冬季のあられ石飽和度の現在から2100年予測値（Yara et al., 2012）に対応する範囲であり、図(1)-11に温帯域のサンゴ礁の健全性の指標として提唱されているあられ石飽和度の閾値を示した（Guinotte et al., 2003）。今回のあられ石飽和度の設定範囲は、熱帯域のサンゴ礁にとっての健全性の閾値とされている3.5までは到達していない（Kelypas et al., 1999）。

図(1)-11 水温25℃における二酸化炭素分圧6段階実験のあられ石飽和度（期間2013年11月7日-12月23日の毎時測定値の平均、誤差棒はSD）。日本周辺海域の冬季のあられ石飽和度の将来予測値（1:Yara et al., 2012）と温帯域および熱帯域のサンゴ礁の健全性とあられ石飽和度の閾値を示した（2: Guinotte et al., 2003, 3: Kelypas et al., 1999）。
表（1）-3 温帯性サンゴについて平成25年度に実施した17℃および25℃における二酸化炭素分圧6段階の海洋酸性化影響評価試験における水温および炭酸系緒量の平均値。海水の炭酸系緒量として、除湿後の二酸化炭素濃度 $ xCO_{2} $ とアラレ石飽和度 $ \Omega_{arag} $ を示した。海水の炭酸系緒量は計算プログラムソフトウェア CO2calc（Pierrot et al., 2006）を用いて算出した。塩分および全アルカリ度は 32.4, 2156 $ \mu mol kg^{-1} $ とした。すべての実験の280 $ \mu atm $ 区と第4回27℃実験の400 $ \mu atm $ 区は、水酸化ナトリウム溶液の添加を実施した（条件区名称の右肩に $ ^{*} $ を付した）。

水温(℃)	xCO2(ppm)	Ωarag
条件	平均	標準偏差	变動係数	平均	標準偏差	变動係数	平均
第1回実験	17℃一定	2013年7月8日-8月21日
280μatm*	17.0	0.2	1.6%	273	22	7.9%	2.94
400μatm	17.0	0.2	1.0%	389	24	6.1%	2.31
550μatm	17.0	0.3	1.3%	561	45	8.0%	1.77
750μatm	17.0	0.2	0.8%	778	83	11%	1.36
1000μatm	17.0	0.2	0.7%	969	120	12%	1.14
1200μatm	17.0	0.2	0.7%	1142	148	13%	0.99
第3回実験	25℃一定	2013年11月7日-12月23日
280μatm*	25.0	0.2	1.6%	342	8	2.3%	3.21
400μatm	25.0	0.2	1.0%	491	34	6.8%	2.53
550μatm	25.0	0.3	1.3%	683	75	10.9%	1.99
750μatm	25.0	0.2	0.8%	917	83	9.1%	1.59
1000μatm	25.0	0.2	0.7%	1186	105	8.9%	1.29
1200μatm	25.0	0.2	0.7%	1388	151	11%	1.13
第4回実験	27℃一定	2013年11月7日-12月23日
280μatm*	25.0	0.2	1.6%	345	8	2.3%	3.40
400μatm*	25.0	0.2	1.0%	469	34	6.8%	2.79
550μatm	25.0	0.3	1.3%	550	75	10.9%	2.50
750μatm	25.0	0.2	0.8%	896	83	9.1%	1.74
1000μatm	25.0	0.2	0.7%	1149	105	8.9%	1.43
1200μatm	25.0	0.2	0.7%	1408	151	11%	1.21
平成26年度には、温帯性サンゴについて、水温2条件二酸化炭素分圧3段階の複合影響実験を実施した。前年度の平成25年度には、水温が同一で二酸化炭素分圧を6段階に設定した飼育実験を、水温を変えて繰り返し実施したが、実験時期によって水質の違いやサンゴ片の状態の違いなどが結果に影響することが懸念される。そこで、より正確な水温と二酸化炭素分圧の複合影響評価を目指した。温帯性サンゴの代表的な生息地である紀伊半島串本の年平均水温に近い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400 μatm、代表的温室効果ガス濃度経路（RCP）6.5相当の750 μatm、>RCP8.5相当の1200 μatmの3段階を設定して、この6つの条件区におけるサンゴ片の飼育を同時に実施した。約15週間にわたる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)-4に示した。長期安定な二酸化炭素濃度制御実験を実現することができた。

図(1)-12 温帯性サンゴについて実施した第1回目の長期飼育実験（平成26年7月29日から11月10日に至る約15週間）の6つの実験区の二酸化炭素濃度の変化。
表(1)-4 温帯性サンゴについて実施した第1回目の長期飼育実験期間中の海水の二酸化炭素濃度（ $ xCO_{2} $ ，ppm）の平均値と標準偏差および変動係数（CV値）。

水槽	条件	$ xCO_{2} $ (ppm)	CV (%)
6	23℃ 1200 μatm	1147±147	13
5	26℃ 1200 μatm	1173±164	14
4	23℃ 750 μatm	723±61	8
3	26℃ 750 μatm	743±69	9
2	23℃ 400 μatm	443±24	5
1	26℃ 400 μatm	483±29	6

## 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、従来行うことが難しかった二酸化炭素分圧条件での実験を可能とした。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、将来の高二酸化炭素と温暖化の両方が現れる条件でさまざまな海洋生物の飼育を行う技術が確立した。サンゴへの海洋酸性化と地球温暖化の複合影響評価と、有用魚種への海洋酸性化と地球温暖化の複合影響評価が可能になった。ただし、10t水槽を使った魚類の再生産過程への影響評価実験で水温調整をするには大きな投入エネルギーが必要であるために行わなかったが、技術的には可能である。本課題を構成する各サブテーマで実験的研究の成果が得られたが、これは本サブテーマで実験的な基盤を整備したことによって得られたものである。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

研究代表者はIPCCの第5次評価報告書の執筆に加わった。2014年に公開されたIPCC第5次評価報告書第2作業部会報告において、海洋酸性化影響に関するメタ分析がなされ、本課題と関連する先行課題（2008年～2010年度）の発表論文6件（先行課題期間中および終了後に印刷出版したもの）が引用された。本課題の直接の成果論文は第5次評価報告書に引用されるには時間的な制約で困難であった。

また、研究代表者は中央環境審議会地球環境部会気候変動影響評価等小委員会の検討作業に加わり、海洋生態系への気候変動影響について専門的立場から貢献した。

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を実施した。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、研究代表者と分担者の鈴木淳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）。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

本研究課題は、わが国の沿岸海洋環境にとって重要であるサンゴが温暖化と海洋酸性化で受ける影響予測に関わる研究であり、自然環境保全に意義が大きい。また、温暖化と海洋酸性化で水産有用魚種が受ける影響の評価は社会的意義がある。

海洋酸性化の生物影響は海洋への地球温暖化影響評価の上で重要な観点であるので、次期IPCC評価報告書でも第5次評価報告書と同様に海洋酸性化の生物影響に関してメタ分析がなされると考えられ、本課題の成果である生物種影響評価関連の成果が引用されるものと思われる。

## 6 ．国際共同研究等の状況

ヨーロッパの海洋酸性化国際共同プロジェクトであるEPOCA（European Program on Ocean Acidification）の事務局（代表、Jean-Pierre Gattuso博士、パリ大学ヴィレフランシェ海洋研究所）は、国際ワークショップ開催、標準実験法の取りまとめと出版、ウェブによる最新研究情報の収集と発信などで、ヨーロッパのみならず世界の国際研究連携に貢献してきた。2012年6月のEPOCAプロジェクト終了とともにその機能が停止することなく、発展的に継続させることを計画して、各国を代表する海洋酸性化の研究者が集まり、海洋酸性化国際連携センター（Ocean Acidification International Coordination Center）の設立を企画立案した。研究代表者は日本を代表する実行委員として活動に加わっている。各国からの活動支援表明を取りまとめ、従来から海洋生物研究支援に実績のあるIAEA（International Atomic Energy Association、国際原子力エネルギー機関）に資金援助を求めた結果、2013年からの予算が認められ活動が開始された。責任者はフランス・ラプラス研究所(IPSL: Institute Pierre Simon Laplace)のJim Orr博士が務めることになった。研究代表者は本センターの年次会合に参加して、研究の国際協力とわが国の活動の国際的な周知に努めてきた。

## 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,

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

Marine Environmental Research, 94, 1-6, 2013. doi:10.1016/j.marenvres.2013.10.010

2) T. Onitsuka, R. Kimura, T. Ono, H. Takami, and Y. Nojiri, “Effects of elevated $ pCO_{2} $ on the early developmental stages of the horned turban, Turbo cornutus”, Marine Biology, available on line 18 February 2014. doi:10.1007/s00227-014-2405-y

3) S. Ohki, T. Irie, M. Inoue, K. Shinmen, H. Kawahata, T. Nakamura, A. Kato, Y. Nojiri, A.
Suzuki, K. Sakai, and R. van Woesik,

“Calcification responses of symbiotic and aposymbiotic corals to near-future levels of ocean acidification,

Biogeosciences, 10, 6807-6814, 2013. doi:10.5194/bg-10-1-2013

4) R.Suwa, Y. Nojiri, T. Ono, and Y. Shirayama, “Effects of low $ pCO_{2} $ conditions on sea urchin larval size,

Marine Ecology-An Evolutionary Perspective, 34, 443-450, 2013. doi: 10.1111/maec.1204

## 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) 野尻幸宏：日本地球化学会年会、福岡（2012）

「海洋生物が受ける温暖化と海洋酸性化の複合影響の実験的研究」

2) 野尻幸宏：東京大学大気海洋研究所共同利用研究集会「バイオミネラリゼーションと石灰化－遺伝子から地球環境まで」、柏 (2012)

「大容量CO_{2}制御を使った生物飼育実験」

3) Christelle Not、横山祐典、川久保友太、水上愛、鈴木淳、宮入陽介、川幡穂高、野尻幸宏：日本地球惑星科学連合2012年大会、千葉(2012)

「Effects of ocean acidification on trace elements ratio (Mg/Ca, Sr/Ca, Ba/Ca and U/Ca) in two foraminifer species」

4) 氷上 愛、石村 豊穂、藤田和彦、鈴木 淳、酒井一彦、野尻幸宏、川幡 穂高：日本地球惑星科学連合2012年大会、千葉 (2012)

「高pCO_{2}海水における大型有孔虫殻の酸素炭素同位体比」

5) 加藤亜記、氷上愛、鈴木淳、野尻幸宏、酒井一彦、日本藻類学会第36回大会、札幌(2012)「海洋酸性化による無節サンゴモ2種の成長阻害」

6) 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」

7) 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」

8) M. Hikami, T. Ishimura, K. Fujita, A. Suzuki, Y. Nojiri, H. Kawahata,

“The carbon and oxygen isotope records of reef-dwelling foraminifers subjected to five varied $ pCO_{2} $ seawater”, Fall Meeting, American Geophysical Union, San Francisco, USA, 2013.

9) 山本雄三、林正裕、磯野良介、堀田公明、渡遼裕介、野尻幸宏：日本海洋学会2014年度春季大会シンポジウム、東京 (2014)

「海洋酸性化がシロギス再生産に与える影響」

10) 山本雄三、林正裕、磯野良介、堀田公明、渡邊裕介、野尻幸宏：日本水産学会平成26年度
## 春季大会、東京 (2014)

「海洋酸性化がシロギス再生産に与える影響」

11）芳村 毅、野尻幸宏：日本海洋学会2014年度春季大会、東京（2014）

「珪藻Thalassiosira weissflogiiの増殖に対する水温およびCO₂分圧の増加の影響評価」

12) 林 正裕、山本雄三、諏訪僚太、吉川貴志、渡邊裕介、西田 梢、鈴木 淳、野尻幸宏：第9回バイオミネラリゼーションワークショップ、東京（2014）

「水産有用種への海洋酸性化影響」

13) Yukihiro Nojiri: Human Impacts on Oceanic Environment, Ecosystem, and Fisheries, Nagasaki University International Symposium, Nagasaki, Japan (2014)

“Collaboration of Japanese maritime laboratories for $ CO_{2} $ manipulation experiments assessing impact of ocean acidification on coastal ecosystem”

$$ \mathcal{U}\mathbf{C}\mathbf{O}_{2} $$

15) 野尻幸宏: 環境研究総合推進費成果報告会「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」、東京（2015）

「海洋酸性化の生物影響に関する国内共同研究課題の連携」

16) 野尻幸宏：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）「気候変動に関する新たな科学的知見：IPCC第5次評価報告書」

18) 野尻幸宏：日本海洋学会2015年度春季大会、東京 (2015)

シンポジウム温暖化適応策に対する海洋学の貢献

「環境省の気候変動影響評価等小委員会で進む検討について」

「海洋酸性化の生物影響－2：シロギスの再生産に与える高水温との複合影響」

## （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

1）朝日新聞（平成25年3月18日、土曜版、e6頁）「今さら聞けない・海洋酸性化」

2）朝日小学生新聞（平成26年1月15日、1頁）「進む海の酸性化」

3) 今さら聞けない科学の常識 3 「聞くなら今でしょ!」 (ブルーバックス、平成26年1月21日刊)
4)「海から貝が消える？海洋酸性化の危機」（平成26年5月8日、NHK衛星BS1、7:00-キャッチ！世界の視点）要約をホームページで公開 http://www.cger.nies.go.jp/ja/news/2014/140516.html

## (6) その他

特に記載すべき事項はない。

### 8 \. 引用文献

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

2) Pierrot, D., Lewis, E., Wallace, D.W.R. (2006). MS Excel Program Developed for CO $ _{2} $ System Calculations. ORNL/CDIAC-105a. Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy, Oak Ridge, Tennessee.

3) 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.

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) Guinotte, J. M., Buddemeier, R. W., and Kleypas, J. A. (2003) Future coral reef habitat marginality: temporal and spatial effects of climate change in the Pacific basin. Coral Reefs, 22: 55-558, doi: 10.1007/s00338-003-0331-4

6) 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, doi: 10.1126/science.284.5411.118
# （２）我が国周辺のサンゴ種の成長への水温と海洋酸性化の影響

独立行政法人産業技術総合研究所

地質情報研究部門 海洋環境地質研究グループ 鈴木 淳

地質情報研究部門 層序構造地質研究グループ

中島 礼

<研究協力者>

公益財団法人海洋生物環境研究所 実証試験場 応用生態グループ

林正裕·吉川貴志·山本雄三·磯野良介·渡邊裕介·諏訪僚太

独立行政法人国立環境研究所 山野博哉

(株) 串本海中公園センター 野村恵一

平成24～26年度累計予算額：20,476千円（うち、平成26年度予算額：6,167千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

人為的なCO₂排出量増加は、地球温暖化と海洋酸性化を同時進行させている。海洋生物は、温暖化のみならず海洋酸性化の影響をも受け得るため、複合影響評価が必要である。水温上昇の影響により、九州から本州沿岸で分布域が北上しているサンゴ種（北上種）が知られているが、海洋酸性化による炭酸カルシウム飽和度低下は石灰化を抑制しうるので、分布域移動に今後制約がかかる可能性がある。しかし、北上種を含め温帯性サンゴ自体のCO₂に対する応答特性が未知で予測は難しい。温帯性サンゴでは、高水温・低水温ともその生息域を決める要因となり、水温とCO₂の複合影響を飼育実験から評価することが求められる。本州南岸のスギノキミドリイシ、クシハダミドリイシ、エンタクミドリイシおよびヒメエダミドリイシを実験に用いて、水温5段階（13～29℃）の骨格成長への影響評価試験により、温帯性サンゴは熱帯性のミドリイシ類に比べて低水温側での生存可能範囲が広いことが確認された。温帯性サンゴの中ではスギノキミドリイシなどの北上種がやや高温寄りの温度適性を示した一方、近年の温暖化傾向にも関わらず分布域の北上が認められない北限種として代表的なヒメエダミドリイシは、13℃でも生存可能であり、やや低温寄りの温度特性を示した。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水温とCO₂の複合影響の評価試験では、現在の条件に相当するCO₂分圧区では23℃から3℃の昇温に骨格成長を促進させる効果が見られた一方で、26℃区ではCO₂分圧の増加に伴い骨格成長率が低下した。今後、水温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釣り合う状態を経由し、それ以上の海洋酸性化の進行がサンゴの骨格成長を現在より低下させることが示唆された。一方、北限種のヒメエダミドリイシにこのような傾向は認められなかった。これらの結果は、温帯域にあたる日本周辺で、地球温暖化によるサンゴ分布域の北方拡大に対し、海洋酸性化による成長抑制がかかりうることを示すとともに、北上種と北限種でその傾向に違いが見られることが示された。

[キーワード]

地球温暖化、海洋酸性化、サンゴ、複合影響、飼育実験
### 1. はじめに

人為的な二酸化炭素排出量増加は大気二酸化炭素濃度上昇を通して、地球温暖化と海洋酸性化を同時進行させている。海洋生物は、温暖化のみならず人為起源二酸化炭素の直接影響として海洋酸性化の影響を受け得るため、同時進行を踏まえてその複合影響評価が必要である。本サブテーマでは、技術・設備的実現性と研究ニーズから、日本周辺の温帯性サンゴ類を研究対象とした。わが国の九州から本州に掛けての沿岸海域は、世界的にも造礁サンゴ類の分布の北限域にあたり、将来の気候変動の影響を大きく受ける可能性がある。これらのサンゴ類について、先駆的な二酸化炭素制御系を活用する飼育実験を行い、地球温暖化と海洋酸性化の近未来影響を評価する実験的研究を行う。成果として、沿岸海洋生態系変化予測や炭素循環将来予測等に活用される基礎的な科学的知見が期待される。水温と二酸化炭素分圧の正確な制御という物理化学面と、対象生物種の入手・維持という生物面の両技術・設備がない限り、環境制御飼育実験には新たに大きな投資や長い経験蓄積が必要となる。そこで、技術・設備的実現性と研究ニーズを考慮し研究対象を設定した。

## 2 ．研究開発目的

地球温暖化による海水温上昇の影響により、わが国の九州から本州に掛けての沿岸で急速な分布域北上が確認されているサンゴ種（北上種）があるが、分布域の変化が沿岸生態系の変化をもたらす可能性があるものの、大気二酸化炭素濃度増大による炭酸カルシウム飽和度低下が石灰化を抑制するので分布域移動に制約がかかる可能性がある。ただし、北上種を含め、温帯性サンゴ自体の二酸化炭素分圧に対する応答性が知られていないため確度の高い予測は難しい。温帯性サンゴでは、高水温・低水温ともその生息域を決める要因となるので、水温と二酸化炭素分圧の複合影響を飼育実験から明らかにする。

研究課題初年度の平成24年度には、日本周辺域の北限域サンゴとして代表的なキクメイシモドキと、北上種を含む数種のサンゴについて、海水の二酸化炭素分圧および水温を調整した水槽からの掛け流し配水による長期室内飼育実験系の確立を目標とした。サンゴの石灰化量は水中重量法による評価法を採用する。各種の飼育環境条件や、照明機器や水槽等の飼育関連装置の検討を進めつつ、良好な状態での長期飼育が可能となった1種について、現在の二酸化炭素分圧条件下で、多段階に水温設定した飼育実験により、サンゴの石灰化と成長が受ける水温影響を評価することを目標とした。

平成25年度には、前年度の検討結果を踏まえ、北上種を含む温帯性サンゴのうち飼育の容易なものを選定し、サンゴの成長期を想定した複合影響評価実験を行なうことを目標とした。具体的には二酸化炭素分圧を、現状の値を含め3段階以上に、さらに水温を現状と2℃程度上昇させた2段階の実験条件を設定してサンゴを飼育し、海水のアラレ石飽和度が石灰化量に与える影響を評価することを目標とした。また、これまでの飼育実験で、期間中に成長した骨格について走査型電子頭微鏡観察を行って、骨格微細構造への影響の有無を検討する。

研究期間最終年度の平成26年度には、実験対象種を拡大して長期飼育実験を行い、水温上昇と高CO₂の複合効果による石灰化と成長への影響を評価することを目指した。本州沿岸のサンゴ類のうち、急速に北上している種（北上種）、北限域に分布するが北上していない種（北限種）が知られ、これらに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し、