Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
## 2 ）精密CO_{2}制御システムによるハマサンゴとウスエダミドリインの石灰化影響評価

琉球大学熱帯生物圈研究センター瀬底実験所において、精密pCO_{2}制御装置（図4）を用いて、2種のサンゴ群体、すなわち円形の群体でコリンボース型の枝を持つウスエダミドリイシ(Acropora tenuis)と塊状群体のハマサンゴ(Porites australiensis)を対象に、親群体の石灰化速度に対する海洋酸性化の影響評価実験を行なった。CO_{2}分圧は、おおよそ次の5段階、すなわち、300,400,600,800,1000 μatmに設定するようにした。CO_{2}調整海水を、毎分平均150 mlの流量で実験水槽に流し、オーバーフローによって排水した。

ウスエダミドリイシとハマサンゴ共に瀬底島周辺で採集した一つの群体からの切り分けによるサンゴ小片を用意した。この小片は遺伝的に同質なクローンであり、酸性化海水影響を含めたストレス耐性評価実験に適していると考えられる。ウスエダミドリイシについては、ニッパを用いて群体から枝の先端部を約4 cmの長さで切断した。一部の枝には、2～3本の分枝が入ってしまうことがあった。これをポリカーボネート製の六角ボルト(規格：M6)の頭部に、ゼリー状のシアノアクリレート系瞬間接着剤（アロンアルフア、東亞合成株式会社製）で骨格露出部分を覆うように接着した。

ハマサンゴについては、バンドソーを用いて2 cm角のキューブ状に切断した。切断中は海水を洗瓶から掛けつつ粘液と切断の際に出る泥水を除去してサンゴへのストレスの低減を試みた。切断されたサンゴ片は、ウスエダミドリイシと同様にポリカーボネート製の六角ボルトの頭部に瞬間接着剤で固定した。

ウスエダミドリイシとハマサンゴ共に屋外水槽で約3週間の養生期間をおいた後、共に約6週間の酸性化海水曝露実験を行った。サンゴの石灰化量、すなわち骨格成長速度は水中重量法によって計測した。水中重量法は、サンゴの成長に関する研究では一般的に用いられる方法である。重量の計測は実験開始時と、実験終了時に行った。水中重量から枝片の成長率（%）を{(実験終了時の重量－初期重量)/初期重量×100}として求めた。

## 3 ）精密CO_{2}制御システムによるハマサンゴとニオウミドリインの石灰化影響評価

ハマサンゴ(Porites australiensis)とニオウミドリイシ(Isopora palifera)の群体形成期の石灰化率を測定するために、瀬底島周辺で採集したそれぞれの種1群体から枝片を作成し、実験に用いた。枝片は、塊状または被覆状となるハマサンゴとニオウミドリイシについて、切断面の面積がおよそ4cm²となるようにサンゴ片を切断し、アクリル板に固定した後、屋外水槽で養生した。前述の実験について、ハマサンゴについてもウスエダミドリイシの枝片と同じように、瞬間接着剤によってポリカーボネート製六角ボルトの頭部に固定する方法を採用したが、塊状または被覆状の群体に適用することが不適切と考えられたため、アクリル板への固定が考案されたものである。実験は、ハマサンゴは6週間、ニオウミドリイシは4週間の酸性化海水の曝露を行なった。実験期間中は水温をおおよそ27℃、光量は約100 μmol/m²/sに調節した。また、骨格成長量として水中重量法によって枝片の重量を測定した。

## 4 ）精密CO $ _{2} $ 制御システムによる有孔虫類の多種間の石灰化影響評価

西太平洋サンゴ礁域に多く棲息するBaculogypsina sphaerulata、Calcarina gaudichaudii、Amphisorus hemprichii（Marginopora kudakajimensisと近縁）を対象とし、遺伝的な要因を取り除く
ため、無性生殖によって生まれたクローン個体群を用いた。精密CO $ _{2} $ 制御システムによって、CO $ _{2} $ 分圧について5段階(およそ300, 400, 600, 800, 1000 μatm)に調整された海水に有孔虫を約12週間暴露した。プランクトンネットを利用した飼育容器を作成し、水流ポンプと組み合わせて常時水流があるような実験条件を採用した。実験前後の殻直径と殻重量を測定した。まず実験開始前の個体と実験後に回収した個体を実体顕微鏡下で写真撮影した。その後、画像計測合成ソフトを用いてそれらの写真画像から殻直径を計測した。殻直径は最終室から中心を通る直径とそれに直交する直径の平均値を採用した。殻重量の測定には、超精密天秤（Thermo Cahn, C-35 microbalance）を用いて1個体ずつ秤量した。

## 5 ）精密 $ CO_{2} $ 制御システムによる有孔虫類の多種間の石灰化影響評価

前節の主要なサンゴ礁棲有孔虫4種の多種間における石灰化影響の変化の原因を考察するために、西太平洋サンゴ礁域に多く棲息するCalcarina gaudichaudiiおよびMarginopora kudakajimensisを対象として、再実験を行なった。遺伝的な要因を取り除くため無性生殖によって生まれたクローン個体群を用いた。精密CO₂分圧₂制御装置によってCO₂分圧を5段階（約300, 400, 600, 800, 1000 μatm）に設定し、水温27℃において有孔虫の飼育が行なわれた。有孔虫の飼育期間は約4週間であった。有孔虫類の石灰化量は、採取して軟体部を除去後に乾燥させ、超精密天秤（Thermo Cahn, C-35 microbalance）で秤量した。この結果は、次の節（4）で記述する炭酸系調整海水を用いた実験の結果と併せて議論する。

## （４）炭酸系調整海水による有孔虫類の石灰化影響評価実験

有孔虫の石灰化規定要因の理解を目的として、海水の炭酸イオン（ $ CO_{3}^{2-} $ ）と炭酸水素イオン（ $ HCO_{3}^{-} $ ）の濃度を調整した海水による4週間飼育実験をCalcarina gaudichaudiiおよびAmphisorus hemprichii（Marginopora kudakajimensisと近縁）を対象として実施した。炭酸イオン濃度を現在の平均的な値216 μmol/kgとして、重炭酸イオン濃度は産業革命前から近未来に予想される濃度5段階を設定した。有孔虫の石灰化量は実験前後の殻直径と殻重量から評価した。

## 4 ．結果・考察

## （1） 酸・アルカリ添加による有孔虫類の予察的な石灰化影響評価実験

酸・アルカリ添加により設定された4段階の海水pHに対応するCO₂分圧値は、おおよそ260 ppm (pH 8.3)、380 ppm (pH 8.2)、560 ppm (pH 7.9)、1000 ppm (pH 7.7)であり、対照区である未調整の海水よりもpH値が高い条件区(pH 8.3, 180 ppm)は、産業革命以前の環境を仮定したものである。ゼニイシ(M. kudakajimensis)は、水温25℃、光量約190 μmol/m²/sの環境下で約10週間飼育された。殻のサイズ・重量・殻室数は共にpHに依存して変化し、pH 7.7と7.9そして8.3の間で顕著な違いが見られ、高いpHほど大きな成長を示した（図8、9、10）。一方、pH 7.9と対照区として用いた未調整の海水（pH約8.2）では、各パラメータに有意な差は見られなかった（図8）。これは、海洋のpH低下が7.9までの範囲では、有孔虫が産業革命以前の殻の成長を保つことが出来るが、酸性化がそれ以上に進行した場合、殻形成が急速に減少する可能性を示唆する。測定項目のうち、pHによる差を最も反映していたのは有孔虫の殻重量であり、殻のサイズや殻室数では、重量ほどの顕著な違いは見られなかった（図8，9）。
c)

図8　海水pHがゼニイン(M. kudakajimensis)の無性生殖直後の幼個体（メガロスリック個体）の成長に与える影響。各パラメータについてヒストグラムを示した。(a)個体の最大径、(b)殻重量、(c)殻室の数。海水pH値は、NBSスケールで表示されている。

図9 海水pHがゼニインの無性生殖直後の幼個体の成長に与える影響。(A)個体の最大径、(B)殻乾燥重量。海水pH値はNBSスケール。同一英字の間では有意な差が認められた（Tukey's HSD test, $ \alpha=0.05 $ ）。

図10 ゼニインの幼個体（メガロスリック個体）の走査電子顕微鏡画像。各pH条件区の平均的な最大径を持つ個体を比較した。海水pH値はNBSスケール。
有孔虫の個体成長に伴い殻重量の変化は、他の石灰化生物同様に幾何学的な制約から殻のサイズの放物線関数によって近似されることが知られているが、今回の実験の各pHにおいてものこの関係が認められた。そして、F検定（F-test）によると、殻サイズと殻重量の関係は、各pHにおいて有意に異なることが示された(n=112, F=47.875, P<0.0001)。このことは、堆積物中の有孔虫化石試料から、殻サイズと殻重量変化に着目することにより過去の海水pH変遷の推定できる可能性を示唆する(Kuroyanagi et al., 2009) $ ^{11} $ 。

## （２）簡易pH制御システムによる有孔虫類の石灰化影響評価実験

簡易pH制御システムによる曝露水槽のpHは6段階で設定された。実験期間中の各水槽のほぼ毎日の実測pH実測値を平均した結果を表1に示す。長期間にわたり、このシステムを安定的に維持・運用することに成功し、サンゴ礁棲有孔虫に対する曝露実験以外にも、サンゴの初期生活史に対する低pH影響評価実験にもこのシステムを使用することができた（サブテーマ4）。対照区であるpH 8.0水槽のCO₂分圧は約400 ppmと推定されるのに対し、pH 7.8水槽のCO₂分圧は約800 ppmであって、CO₂排出シナリオIS92aによると、おおよそ西暦2100年における海洋状態に対応する。

サンゴ礁棲有孔虫 (Amphistegina lobifera) を対象に、pH 8.0、7.6、7.3および6.6の4段階の酸性化海水曝露実験を行なった（図11）。殻の直径から判断して、実験に用いられた個体は成体と考えられる。この期間中の平均水温は26℃であり、水槽底面での光量は、約23 μmol/m²/sであった。3週間後の観察では、pH 6.6において有孔虫殻が部分的に溶解している様子が認められた（図11d）。また、対照区（pH8.0、図11a）の個体が通常の褐色を呈しているのに比べて、明らかに、減色していた（図11d）。pH 7.3の有孔虫殻にもわずかであるが部分的な溶解が認められた（図11c）。これは、殻の外側を覆う原形質(ectoplasm)の一部が失われたことによるものと思われる。また、最終殻室のいくつかに溶解によって穴があいてお

表 1 簡易pH制御システムの有孔虫Amphistegina lobiferaの3週間にわたる低pH曝露実験曝露実験期間中の各水槽の平均実測pHと炭酸系諸量。IS92a CO₂排出シナリオによる対応する年代を示した。

水槽	pH (SWS)	pH (NBS)	pCO2(ppm)	Ωarag	IS92a
pH 8.0	8.03	8.14	402	3.31	(現在)
pH 7.8	7.77	7.88	814	2.02	2100年
pH 7.7	7.69	7.81	1001	1.72
pH 7.6	7.64	7.67	1138	1.55
pH 7.3	7.31	7.38	2576	0.77
pH 6.6	6.55	6.78	15490	0.14

図11 サンゴ礁棲有孔虫 (Amphistegina lobifera) の3週間にわたる低pH曝露実験の結果: 水槽pH 8.0 (a)、7.6 (b)、7.3 (c) および6.6 (d)。スケールバーは1 mm。
り、殻室に含まれる原形質(endoplasm)が露出している様子が確認された（図11d）。一方、pH 7.6では、有孔虫に対照区と異なる特徴は目視では判別できなかった（図11b）。したがって、この有孔虫について、酸性化海水による影響の閾値は、7.3と7.7の間にあるように思われる。同様の実験を、他のサンゴ礁棲有孔虫(Baculogypsina, Calcarina peneroplis and Sorites)に実施したところ、Amphistegina lobiferaと同様の殻の溶解が認められたのは、7.3以下のpH条件に限られていた。これらの結果は、今世紀中に予想される海水pHの低下に対して、これらのサンゴ礁棲有孔虫が甚大な被害を免れる可能性を示唆する。しかし、目視では顕著な影響が見られないpH 7.3以上の海水中でも、石灰化量が低下している可能性があり、今後、有孔虫の石灰化量の直接計測を含め、詳細な検討が必要である。殻成長の低下や殻の厚さの減少などは、捕食者に対する抵抗力の減退をもたらして死亡率の上昇に寄与し、また死亡後の殻が溶解し易くなることによって、長期的にはサンゴ礁の造礁能力の低下につながる可能性は懸念される。

（３）精密$\mathrm{CO}_{2}$ 制御システム（AICAL装置）によるサンゴ・有孔虫類の石灰化影響評価実験

１）造礁サンゴ類２種、ハマサンゴとウスエダミドリインの石灰化影響評価

精密CO₂制御システム（AICAL装置）の運用結果を図7に示す。平成21年度の精密CO₂制御システムによる飼育実験ではいずれも高い安定性でCO₂分圧が制御された。また、飼育期間中の各実

図12 2009年に実施された代表的な実験期間6例の各実験区のCO₂分圧の計測値。おおよそ毎時計測の結果について、平均+/-標準偏差を示した。
表 2 簡易pH制御システムによる飼育実験の曝露水槽の炭酸系の例。Suwa et al. (2010) $ ^{12} $ より抜粋。塩分34、全アルカリ度2300μmol/kgを仮定。pH値には標準偏差を示した（N=7）。

pH (Total hydrogen ion scale)	Water temperature ( $ ^\circ $ C)	HCO $ _{3}^{-} $ ( $ \mu $ mol/kg)	CO $ _{3}^{2-} $ ( $ \mu $ mol/kg)	pCO $ _{2} $ ( $ \mu $ atm)	$ \Omega_{\text{arag}} $
8.03 ± 0.03	26.8 ± 0.5	1760 - 1815	195 - 220	400 - 475	3.2 - 3.5
7.64 ± 0.12	26.8 ± 0.5	1995 - 2115	75 - 125	905 - 1600	1.2 - 2.0
7.31 ± 0.11	26.8 ± 0.5	2150 - 2205	40 - 60	2115 - 3585	0.6 - 1.0

駿区の海水のpHの変動範囲は、±0.01 - 0.04に収まっており、pH測定の結果からも、CO $ _{2} $ 分圧が安定した海水が供給されていることが確認された。また、著者らの研究グループでは、当初掛け流し式の簡易pH制御装置を用いた酸性化海水実験を行っていた（例えばSuwa et al, 2010 $ ^{12} $ ）。この装置においてのpCO $ _{2} $ 制御能は低く、数百μatmの変動が見られる場合もあった（表2）。一方で、精密pCO $ _{2} $ 制御装置では、掛け流し式でもpCO $ _{2} $ は数十μatmで抑えられ（図12）、その制御能の高さが示された。

コリンボース型の枝を持つウスエダミドリイシ（Acropora tenuis）と塊状群体のハマサンゴ（Porites australiensis）を対象に、精密CO₂制御システムを用いて、親群体の石灰化速度に対する海洋酸性化の影響評価実験を行なった。海水のCO₂分圧について5段階（およそ300, 400, 600, 800, 1000 ppm）の条件区で、サンゴ類の曝露実験を実施した。CO₂分圧300 ppmの実験区は、産業革命以前の海洋環境を再現するべく設定したものである。

ウスエダミドリインとハ

(A) Acropora tenuis

(B) Porites australiensis

図13 精密$\mathrm{CO}_{2}$ 制御システムで飼育したウスエダミドリイシとハマサンゴの小群体の水中重量増加率と海水$\mathrm{CO}_{2}$ 分圧の関係。平均+/-標準偏差を示した。飼育期間は、2009年4月16日から5月12日に掛けての26日間。異なるアルファベット(a, b)は水中重量増加率における有意差を示す（Tukey - HSD test, $\alpha=0.05$）。
マサンゴ共に、水温27℃、光量150 μmol/m²/sの条件における26日間の骨格重量増加率を図13に示す。共に、海水のCO₂分圧が低い条件ではほぼ一定の骨格成長を示すが、高いCO₂分圧で骨格成長が低減する傾向が見られる。ただし、一元配置分散分析(one-way ANOVA)によると、ウスエダミドリイシの水中重量増加率のCO₂分圧への依存性に有意差は認められなかった（Tukey's HSD test, α=0.05）。これは、各pCO₂区のサンプルサイズ(n=6)が小さいためと考えられる。一方、ハマサンゴについては、骨格重量増加率がわずかであり、800 ppm以上の条件区の平均値は負の値を示した。これは、ハマサンゴの石灰化速度よりも酸性化海水による骨格の溶解作用が勝っていることを示す。そして、600 ppm以下の条件区と1000 ppmの条件区の間に有意な差が認められた。これは、ハマサンゴの方が、ウスエダミドリイシよりも酸性化海水への感受性が高いことを示唆する。ただし、この違いは、実験に用いられたウスエダミドリイシの群体の骨格は、生物組織によりほぼ完全に覆われた状態で酸性化海水に設置しているのに対し、ハマサンゴの方は、立方体状に切断された骨格の断面が海水に露出しているという条件の違いに起因する可能性が考えられる。この問題を解決するために、現在、アクリル板上にハマサンゴの骨格片を接着させて、骨格断面の露出を避けた試料を用いることを検討している。

## 2 ）精密CO $ _{2} $ 制御システムによるハマサンゴとニオウミドリイシの石灰化影響評価

前述の実験では、ハマサンゴについてもウスエダミドリイシの枝片と同じように、瞬間接着剤によってプラスチックねじの頭部に固定する方法を採用したが、塊状または被覆状の群体に適用することが不適切と考えられたため、ハマサンゴについて、再実験を実施した。同時に、ニオウミドリインの群体形成期の石灰化率の測定を行なった。ハマサンゴとニオウミドリイシについて、4 cm²となるようにサンゴ片を切断し、アクリル板に貼付け固定した試料を用いた。

ハマサンゴを用いた酸性化海水暴露実験においては、 $ pCO_{2} $ の増加とともに、石灰化率は有意に単調減少した（図14；一元配置分散分析、p < 0.01）。一方で、ニオウミドリイシは300 μatmで石灰化率が極端に高く、800 μatmまでは石灰化率は横ばいで、1000 μatmでは顕著な減少が見られた（図12；一元配置分散分析、p < 0.01）。ウスエダミドリイシにおいては、1000 μatmにおいて、石灰化の顕著な減少が見られた（図11）と類似の結果である。産業革命以降の人為的な $ CO_{2} $ 放出により、現在までに海洋のpHは、0.1程度減少したことが示唆されている（Caldeira and Wickett 2003） $ ^{13} $ 。ハマサンゴとニオウミドリイシにおいては、産業革命前の酸性化海水を模倣した海水中では最も高い石灰化率を示したことから、これら2種においては、既に海洋酸性化による負の影響を受けていることが示唆される。過去の飼育実験においても、産業革命以前や氷期のpHを再現した海水中では、サンゴの石灰化率が高くなることは報告されている（Gattuso et al. 1998） $ ^{14} $ 。しかし、これまでの研究では、アルカリ添加によってpHを上げた海水を用いているため、当時の海洋環境を模倣したとは言えない。本研究における結果は、サンゴが現在、既に $ CO_{2} $ 増加によって負の影響を受けていることを明確に示した点でたいへん興味深い。一方で、ウスエダミドリイシにおいては、300 μatmの海水中において顕著な石灰化率の増加は見られず、種によって、酸性化海水への反応が異なることが示唆された。今後より多くの種間での比較実験を行い、種間での酸性化海水への反応の違いが、生息環境の違いなどによるものかを検証する必要がある。
図14 異なるCO₂分圧条件における(a)ハマサンゴPorites australiensisと(b)ニオウサンゴIsopora pariferanの骨格成長量。平均±標準誤差を示した。

## 3 ）有孔虫類の石灰化影響の多種間比較

精密CO $ _{2} $ 分压制御装置によって水温27℃においてCO $ _{2} $ 分圧がおよそ200, 300, 600, 800, 1000 μatmの5段階の海水で有孔虫の飼育が行なわれた（実際には、245 μatmから907 μatmに至る5段階）。有孔虫ここでは、Baculogypsina sphaerulataについての結果を報告する。殻直径と殻重量は、CO $ _{2} $ 分圧600 μatmと800 μatmで他の条件よりも大きい傾向がみられる（図15）。実験前個体の殻直径と殻重量は、α・β個体群それぞれ0.181 ±0.003 mm、4.05 ±0.20 μgと0.200 ±0.003 mm、4.04 ±0.20 μg（平均±標準誤差）である。B. sphaerulataのα個体群の殻重量とβ個体群の殻直径・殻重量では、異なるCO $ _{2} $ 分圧条件間で有意な差がみられる（F=4, p<0.01）。α・β個体群ともに、400 μatmに対して600 μatm、800 μatmの殻重量は有意に大きい（p<0.05）。また、600 μatm, 800 μatmに対して1000 μatmの殻重量は有意に小さい（p<0.05）。そして、有意な差は認められないが、α・β個体群ともに殻直径と殻重量は300 μatmよりも400 μatmの方が小さい。

B. sphaerulataでは $ CO_{2} $ 分圧600μatmと800μatmで、他の条件区に比べて有意な石灰化量の増大がみられた。サンゴ礁棲有孔虫は共生藻の光合成により得たエネルギーを効率よく利用している（Lee，2006） $ ^{15} $ 。一般に高 $ CO_{2} $ 分圧環境下において植物の光合成速度は増大することから（例えば，Makino,1997） $ ^{16} $ 、このB. sphaerulataでも共生藻の光合成が活性化して石灰化を促進させた可能性が考えられる。円石藻のEmiliania huxleyiは $ CO_{2} $ 分圧の上昇に伴い光合成量は増加し、石灰化量も490μatmから750μatmにかけて著しく増加すると報告されている（Iglesias-Rodrigues et al.,2008） $ ^{17} $ 。また、サンゴ藻とハリメダについても、600μatmから900μatmの間で石灰化量が増大することが報告されている（Reis et al.,2010） $ ^{5} $ 。

本報告書では、C. gaudichaudiiおよびA. hemprichiiの結果については省略するが、酸性化海水に対して、B. sphaerulataとは異なった反応が見られた。今後、個体群、種、さらに高次分類群など、さまざまなレベルで、酸性化海水に対しての反応の多様性を明らかにしていくことは重要な課題と考えられる。
また、従来の研究では、昼夜実験は多いが、石灰化の日周サイクルを考慮した研究はまだ行われていない。今後、精密CO $ _{2} $ 制御システムを駆使して、海水pHに日周変化を与えた場合の影響や夜間の低pHの影響などが、サンゴ類や有孔虫類の石灰化に与える影響をも総合的に解析する必要がある。

前節で述べた簡易pH制御システムによる有孔虫Amphistegina lobiferaの成体を用いた実験では、顕著な影響（殻の溶解）はpH 7.3以下に限られていた。種の違い、海水の酸性化方法の違いから厳密な判定は難しいが、成体のほうが酸性化に対する耐性が強いという傾向を示唆するものと思われる。このことから、海水酸性化影響の種間比較などを行なう際に、無性生殖直後のメガロスリック個体を用いる実験手法は有効であり、特に殻重量が有用なパラメータであることが示唆された。翻れば、サンゴ礁棲の有孔虫は、生活史のなかで

図15 異なる$\mathrm{CO}_{2}$分圧条件におけるサンゴ礁棲底生有孔虫Baculogypsina sphaerulataの殻直径（右目盛）と殻重量（左目盛）。平均±標準誤差を示した。（a）α個体群、（b）β個体群。異なるアルファベット(a, b, c)は殻重量における有意差を示す（Tukey-HSD test, $\alpha=0.05$）。点線は実験前個体の殻重量と殻直径（平均±標準誤差）を示す。

も無性生殖直後の時期が海洋酸性化に対して感受性が高く、成長や生残率などに影響して、個体群の維持を損なう可能性が考えられる。生活史初期に海洋酸性化に対して敏感な反応を示す例は、ウニや軟体動物についても報告されている(Kuroyanagi et al., 2009) $ ^{11} $ 。今後もサンゴ礁棲有孔虫の多くの種について、無性生殖後の幼群体を用いた曝露実験により海洋酸性化耐性の種間比較を行うことは意義がある。

## 4 ）有孔虫類の石灰化影響評価の多様性とその要因

前節の主要なサンゴ礁棲有孔虫3種の多種間における石灰化影響の変化の原因を考察するため
に、西太平洋サンゴ礁域に多く棲息するCalcarina gaudichaudiiおよびMarginopora kudakajimensisを対象として、再実験を行なった。遺伝的な要因を取り除くため無性生殖によって生まれたクローン個体群を用いた。精密CO₂分圧₂制御装置によってCO₂分圧を5段階（約300, 400, 600, 800, 1000 µatm）に設定し、水温27℃において245 µatmから907 µatmに至る5段階の海水で有孔虫の飼育が行なわれた（表3）。これらの実験条件に対応する方解石の飽和度は、6.8から2.9であった。有孔虫の飼育期間は約4週間であった。そして実験前後の殻直径と殻重量を測定した。海水のCO₂分圧の増加に伴いMarginopora kudakajimensisの石灰化量は単調な減少傾向を示し、Calcarina gaudichaudiiの殻重量は増加傾向を示した（図16）。一方、炭酸イオン濃度を現在の平均的な値216 µmol/kgとして、重炭酸イオン濃度を産業革命前から近未来に予想される範囲（1630-1966 µmol/kg）に調整した炭酸種調整海水による実験では、どちらの種も石灰化量に有意な傾向はみられなかった。

まず、Marginopora kudakajimensisについては、酸アルカリ添加実験によって酸性化海水で石灰化

表 3 有孔虫の酸性化海水曝露実験の炭酸系緒量。AICAL装置で計測された二酸化炭素濃度と水温から曝露水槽の$\mathrm{CO}_{2}$分圧$(p\mathrm{CO}_{2})$を計算し、全アルカリ度（TA）実測値と合わせて$\mathrm{CO}_{2}\mathrm{SYS}^{9})$を用いて計算した。

Treatment	pH at 25℃	TA	DIC	pCO2	HCO3-	CO32-	CO2	Qcal
Ocean Acidification (OA) Experiment	(~27.1℃, salinity 34.1)
Low pCO2	8.232	2224	1821	245	1536	278	7	6.8
Control	8.085	2224	1914	375	1686	218	10	5.3
High pCO2-1	7.924	2224	2002	588	1823	163	16	4.0
High pCO2-2	7.826	2224	2047	763	1891	135	21	3.3
High pCO2-3	7.761	2224	2075	907	1932	119	24	2.9

(a) Marginopora kudakajimensis

(b) Calcarina gaudichaudii

図16 精密CO₂制御システムを用いたサンゴ礁棲有孔虫2種の酸性化海水に対する石灰化量の応答性の違い。誤差棒は標準誤差（±1 SE）を示す。
量が低下することが知られている（Kuroyanagi et al., 2009） $ ^{11} $ 。今後の海洋で生じる酸性化状態を再現したAICAL装置によっても同様の結果が得られたことは、この種において石灰化減退の確実性が高いことを示唆する。一方、Calcarina gaudichaudiは、酸性化海水で石灰化の増進が見られた。石灰質殻をもつ植物プランクトンであるハプト藻について同様の例が報告されており、酸性化海水による光合成増進効果の影響と考えられている（Iglesias-Rodriguez et al., 2008） $ ^{17} $ 。そこで、炭酸種調整飼育実験を行い、サンゴ礁棲有孔虫の石灰化メカニズムについて検討を試みた。炭酸イオン濃度を一定にしつつ炭酸水素イオン濃度を変化させたところ、2種とも石灰化量に変動はみられなかった。このことから、炭酸水素イオン濃度は石灰化量の規定因子とは考えられない。Marginopora kudakajimensisの共生藻はサンゴと同じように渦鞭毛藻類であるのに対して、Calcarina gaudichaudiは珪藻を共生させている。海水中のCO $ _{2} $ 濃度に対する両者の光合成特性の違いが、石灰化量の違いを引き起こしている可能性が示唆される。今回の発見は、海洋酸性化現象に対する海洋生物の反応の多様性を考える上で興味深い。また、AICAL装置実験と炭酸種調整実験の組み合わせは、サンゴ礁棲有孔虫の石灰化において炭酸イオンと炭酸水素イオンの影響を分離する試みとして、海洋生物の海洋酸性化影響を議論するために有効な手法である。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

琉球大学熱帯生物圏研究センター瀬底研究施設において、精密pCO $ _{2} $ 制御装置を用いて、3種のサンゴ群体（ハマサンゴ、ウスエダミドリイン、ニオウミドリイン）および3種のサンゴ礁棲有孔虫の酸性化海水中における石灰化速度の比較を行なった。CO $ _{2} $ 分圧は、おおよそ300,400,600,800,1000 μatmの5段階に設定するようにした。ほとんどの種でCO $ _{2} $ 分圧1000 μatmの条件区では石灰化量に減少傾向が見られた。一方、酸性化海水への感受性が低いもの、あるいは600 - 800 μatmの中程度の条件区で石灰化量が増進するものも見られた。これは、海水中の全炭酸の増加に伴う光合成の増進効果が関係している可能性が示唆される。

また、サンゴ礁棲有孔虫の一種Calcarina gaudichaudiiは、約1000μatmまでのCO₂分圧の増加に伴って石灰化量が単調に増加する傾向を示した。同時に実験を行なったMarginopora kudakajimensisが石灰化量の単調減少を示したのと好対象で、2種間で石灰化応答に際立った違いが認められた。M. kudakajimensis共生藻はサンゴと同じように渦鞭毛藻類であるのに対して、C. gaudichaudiiは珪藻を共生させている。海水中のCO₂濃度に対する両者の光合成特性の違いが、石灰化量の違いを引き起こしている可能性が示唆される。

最近の報告では、生物群によって酸性化海水に対する石灰化応答に大きな差異があることが知られている。高精度 $ CO_{2} $ 分圧調整装置を用いた飼育実験装置によるサンゴと有孔虫についての我々の検討結果も、これに整合的である。海水中の全炭酸の増加、あるいは $ CO_{2} $ 濃度増加に伴う光合成の増進効果が関係している可能性が示唆される。今後、遺伝子型や個体群、種、さらに高次分類群など、さまざまなレベルで、酸性化海水に対しての反応の多様性を明らかにしていくことが重要と考えられる。

## （２）環境政策への貢献

2011年1月に沖縄県名護市で開催されたIPCC海洋酸性化ワークショップに参加し、議論に参加
するとともに、サンゴ礁棲有孔虫の2種間で石灰化応答に際立った違いが認められた結果などについて、ポスター発表を行なった。4日間の議論のまとめとして作成されるレポートは、IPCC第5次評価報告書の作成の基礎資料となる。また、今後、ホームページ等を通じ、成果の広報・普及に努める。

### 6 \. 引用文献

1) Hoegh-Guldberg O, Mumby PJ, Hooten AJ, Steneck RS, Greenfield P, Gomez E, Harvell CD, Sale PF, Edwards AJ, Caldeira K, Knowlton N, Eakin CM, Iglesias-Prieto R, Muthiga N, Bradbury RH, Dubi A, Hatziolos ME (2007) Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification. Science 318:1737-1742

2) Orr JC, Fabry VJ, Aumont O, Bopp L, Doney SC, Feely RA, Gnanadesikan A, Gruber N, Ishida A, Joos F, Key RM, Lindsay K, Maier-Reimer E, Matear R, Monfray P, Mouchet A, Najjar RG, Plattner GK, Rodgers KB, Sabine CL, Sarmiento JL, Schlitzer R, Slater RD, Totterdell IJ, Weirig MF, Yamanaka Y, Yool A (2005b) Anthropogenic ocean acidification over the twenty-first century and its impact on calcifying organisms. Nature 437:681-686.

3) IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) (2007) Climate Change 2007 Synthesis report, Cambridge University Press, New York.

4) Kleypas JA et al. (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, pp 88.

5) Ries JB, Cohen AL, McCorkle DC (2009) Marine calcifiers exhibit mixed responses to $ CO_{2} $ -induced ocean acidification. Geology 37:1131-1134.

6) Marubini F, Christine AE, Ferrier-Page’s AE, Furla P, Allemand D (2008) Coral calcification responds to sea water acidification: a working hypothesis towards a physiological mechanism. Coral Reefs 27:491-499.

7) Kleypas JA, Buddemeier RW, Archer D, Gattuso J-P, Langdon CC, Opdyke BN (1999) Geochemical consequences of increased atmospheric carbon dioxide on coral reefs. Science, 284:118-120.

8) Kawahata H, Suzuki A, Goto K (1997) Coral reef ecosystems as a source of atmospheric $ CO_{2} $ : evidence from $ PCO_{2} $ measurements of surface waters. Coral Reefs, 16:261-266.

9) Lewis E, Wallace DWR (1998) Program developed for $ CO_{2} $ system calculations, ORNL/ CDIAC-105.

Oak Ridge: Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy.

10) Dickson AG, Sabine CL, Christian JR (2007) Guide to Best Practices for Ocean CO $ _{2} $ Measurements

PICES Special Publication 3, 191pp.

11) Kuroyanagi A, Kawahata H, Suzuki A, Fujita K, Irie T (2009) Impacts of ocean acidification on large benthic foraminifers: Results from laboratory experiments. Marine Micropaleontology, 73:190-195.

12) Suwa R, Nakamura M, Morita M, Shimada K, Iguchi A, Sakai K, Suzuki A (2010) Effects of acidified seawater on early life stages of scleractinian corals (Genus Acropora). Fisheries Science 76:93-99.

13) Caldeira K, Wickett ME (2003) Anthropogenic carbon and ocean pH. Nature 425: 365
14) Gattuso JP, Frankignoulle M, Bourgeb I, Romaine S, Buddemeier RW (1998) Effect of calcium carbonate saturation of seawater on coral calcification. Global Planet Change 18:37-46

15) Lee JJ (2006) Algal symbiosis in larger foraminifera. Symbiosis, 42:63-75.

16) Makino A (1997) Leaf photosynthesis and whole plant growth of C3 plants in high $ CO_{2} $ environments: physiology and biochemistry of rice. Japanese Journal of Ecology, 47, 301-305.

17) Iglesias-Rodriguez MD, Halloran PR, Rickabry RE, Hall IR, Colmenero-Hidalgo E, Gittins JR, Green DR, Tyrrell T, Gibbs SJ, von Dassow P, Rehm E, Armbrust EV, Boessenkool KP (2008) Phytoplankton calcification in a high- $ CO_{2} $ world. Science, 320:336-340.

### 7. 国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない

## 8 ．研究成果の発表状況

（1）誌上発表

<論文（査読あり）>

1) Kuroyanagi A, Kawahata H, Suzuki A, Fujita K, Irie T. Impacts of ocean acidification on large benthic foraminifers: Results from laboratory experiments. Marine Micropaleontology, 73:190-195 (2009).

2) 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．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 (2010).

3) Suwa R, Nakamura, M., Morita, M., Shimada, K., Iguchi, A., Sakai, K., Suzuki, A. Effects of acidified seawater on early life stages of scleractinian corals (Genus Acropora) Fisheries Science, 76, 93-99 (2011).

4) Nakamura M, Ohki S, Suzuki A, Sakai K. Coral larvae under ocean acidification: survival, metabolism, and metamorphosis. PLoS One, e14521. doi:10.1371/journal.pone.0014521 (2011).

5) Fujita K, Hikami M, Suzuki A, Kuroyanagi A, Kawahata H. Effects of ocean acidification on calcification of symbiont-bearing reef foraminifers. Biogeosciences Discussion, 8:1809-1829 (2011).

## （2） 口頭発表（学会等）

1) 藤田和彦（琉大・理）「サンゴ礁棲有孔虫への海洋酸性化の影響」．2009年度日本サンゴ礁学会大会シンポジウム「二酸化炭素増加がサンゴ礁域の海洋生物に及す影響-分子から生理、生態まで-」

2) 氷上 愛（琉大・理）・藤田和彦（琉大・理）・鈴木 淳（産総研）・酒井一彦（琉大・熱生研）・黒柳あずみ（東大・海洋研）・川幡穂高（東大・海洋研）「海洋酸性化がサンゴ礁棲有孔虫の石灰化に与える影響」．日本地球惑星連合2010年大会
## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない

（４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

1) 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（2009年4月23日-24日、東京大学海洋研究所講堂、観客80名）

2) 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（2011年2月10日、東京大学大気海洋研究所講堂、観客30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

Kuroyanagi et al. (Marine Micropaleontology, 2009, 73:190-195)の論文が、2010年5月のMarine Micropaleontology誌のMost Downloaded Articlesに選ばれた。
## 政策ごとの予算との対応について(個別表)【東日本大震災復興特別会計】

（所管）復興庁 （会計）東日本大震災復興特別会計

(单位: 千円)

政策評価体系	組織	項	事項	27年度予算額	28年度予算額	比較增△減額
Ⅰ.生涯学習社会の実現	1,236,398	795,982	△ 440,416
〈20,826,927〉の内数	〈28,964,876〉の内数	〈8,137,949〉の内数
2.生涯を通じた学習機会の拡大	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	生涯を通じた学習機会の拡大に必要な経費	109,368	0	△ 109,368
3.地域の教育力の向上	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	地域の教育力の向上に必要な経費	1,127,030	795,982	△ 331,048
復興庁	教育・科学技術等復興事業費	公立文教施設整備に必要な経費	〈20,826,927〉の内数	〈28,964,876〉の内数	〈8,137,949〉の内数
確かな学力の向上、豊かな心と健やかな体の育成と信頼される学校づくり	10,946,252	10,766,340	△ 179,912
〈20,826,927〉の内数	〈28,964,876〉の内数	〈8,137,949〉の内数
1.確かな学力の育成	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	確かな学力の育成に必要な経費	101,490	50,999	△ 50,491
2.豊かな心の育成	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	豊かな心の育成に必要な経費	2,721,288	2,700,865	△ 20,423
4.健やかな体の育成及び学校安全の推進	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	健やかな体の育成及び学校安全の推進に必要な経費	68,596	0	△ 68,596
7.安全・安心で豊かな学校施設の整備推進	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	学校施設の整備推進に必要な経費	1,722	441	△ 1,281
復興庁	教育・科学技術等復興事業費	公立文教施設整備に必要な経費	〈20,826,927〉の内数	〈28,964,876〉の内数	〈8,137,949〉の内数
8.教育機会の確保のための支援づくり	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	教育機会の確保に必要な経費	8,053,156	8,014,035	△ 39,121
## 政策ごとの予算との対応について(個別表)【東日本大震災復興特別会計】

（所管）復興庁 （会計）東日本大震災復興特別会計

(单位: 千円)

政策評価体系	組織	項	事項	27年度予算額	28年度予算額	比較增△減額
Ⅲ. 義務教育の機会均等と水準の維持向上	2,152,000	2,165,000	13,000
〈0〉の内数	〈0〉の内数	〈0〉の内数
1. 義務教育に必要な教職員の確保	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	義務教育費国庫負担金に必要な経費	2,152,000	2,165,000	13,000
IV. 個性が輝く高等教育の振興口	1,023,395	0	△1,023,395
〈529,220〉の内数	〈773,092〉の内数	〈243,872〉の内数
1. 大学などにおける教育研究の質の向上	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	大学等における教育改革に必要な経費	1,007,300	0	△1,007,300
復興庁	東日本大震災復興独立行政法人国立高等専門学校機構運営費	東日本大震災復興に係る独立行政法人国立高等専門学校機構運営費交付金に必要な経費	16,095	0	△16,095
復興庁	東日本大震災復興国立大学法人施設整備費	東日本大震災復興に係る国立大学法人施設整備に必要な経費	〈176,776〉の内数	〈773,092〉の内数	〈596,316〉の内数
復興庁	東日本大震災復興国立大学法人運営費	東日本大震災復興に係る国立大学法人運営費交付金に必要な経費	〈352,444〉の内数	〈0〉の内数	〈△352,444〉の内数
2. 大学などにおける教育研究基盤の整備	復興庁	東日本大震災復興国立大学法人施設整備費	東日本大震災復興に係る国立大学法人施設整備に必要な経費	〈176,776〉の内数	〈773,092〉の内数	〈596,316〉の内数
V. 奨学金制度による意欲・能力のある個人への支援の推進	4,524,137	2,819,682	△1,704,455
〈0〉の内数	〈0〉の内数	〈0〉の内数
1. 意欲・能力のある学生に対する奨学金事業の推進	復興庁	教育・科学技術等復興事業費	育英事業に必要な経費	4,524,137	2,819,682	△1,704,455
## 政策ごとの予算との対応について(個別表)【東日本大震災復興特別会計】

（所管）復興庁 （会計）東日本大震災復興特別会計

(单位: 千円)

政策評価体系	組織	項	事項	27年度予算額	28年度予算額	比較增△減額
Ⅵ. 私学の振興	3,355,168	2,211,158	△1,144,010
〈0〉の内数	〈0〉の内数	〈0〉の内数
復興庁	教育・科学技術等復興政策費	私立学校の振興に必要な経費	2,964,940	1,874,142	△1,090,798
復興庁	教育・科学技術等復興事業費	私立学校の振興に必要な経費	390,228	337,016	△53,212
Ⅶ. 科学技術・学術政策の総合的な推進	830,722	802,683	△28,039
〈486,897〉の内数	〈0〉の内数	〈△486,897〉の内数
〈486,897〉の内数	〈0〉の内数	〈△486,897〉の内数
Ⅷ. 基礎研究の充実及び研究の推進のための環境整備	復興庁	東日本大震災復興国立研究開発法人科学技術振興機構運営費	東日本大震災復興に係る国立研究開発法人科学技術振興機構運営費交付金に必要な経費	〈486,897〉の内数	〈0〉の内数	〈△486,897〉の内数
産学官連携の推進及び地域科学技術の振興に必要な経費	830,722	802,683
東日本大震災復興に係る国立研究開発法人科学技術振興機構運営費交付金に必要な経費	〈486,897〉の内数	〈0〉の内数
東日本大震災復興に係る国立研究開発法人科学技術振興機構運営費交付金に必要な経費	〈486,897〉の内数	〈0〉の内数
東日本大震災復興に係る国立研究開発法人科学技術振興機構運営費交付金に必要な経費	〈486,897〉の内数	〈0〉の内数
東日本大震災復興に係る国立研究開発法人科学技術振興機構運営費交付金に必要な経費	〈486,897〉の内数	〈0〉の内数
東日本大震災復興に係る国立研究開発法人科学技術振興機構運営費交付金に必要な経費	〈486,897〉の内数	〈0〉の内数
東日本大震災復興に係る国立研究開発法人科学技術振興機構運営費交付金に必要な経費	〈486,897〉の内数	〈0〉の内数
## 政策ごとの予算との対応について(個別表)【東日本大震災復興特別会計】

（所管）復興庁 （会計）東日本大震災復興特別会計

(单位: 千円)

政策評価体系	組織	項	事項	27年度予算額	28年度予算額	比較增△減額
IX. 科学技術の戦略的重点化	14,564,487	10,726,935	△3,837,552
〈920,105〉の内数	〈554,720〉の内数	〈△365,385〉の内数
1. ライフサイエンス分野の研究開発の重点的推進及び倫理的課題等への取組	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	ライフサイエンス分野の研究開発の推進等に必要な経費	2,957,000	1,217,836	△1,739,164
復興庁	東日本大震災復興国立研究開発法人科学技術振興機構運営費	東日本大震災復興に係る国立研究開発法人科学技術振興機構運営費交付金に必要な経費	〈486,897〉の内数	〈0〉の内数	〈△486,897〉の内数
復興庁	東日本大震災復興国立研究開発法人量子科学技术術研究開発機構運営費	東日本大震災復興に係る国立研究開発法人量子科学技术術研究開発機構運営費交付金に必要な経費	〈433,208〉の内数	〈554,720〉の内数	〈121,512〉の内数
2. 情報通信分野の研究開発の重点的推進	復興庁	東日本大震災復興国立研究開発法人科学技术術振興機構運営費	東日本大震災復興に係る国立研究開発法人科学技术術振興機構運営費交付金に必要な経費	〈486,897〉の内数	〈0〉の内数	〈△486,897〉の内数
3. 環境分野の研究開発の重点的推進	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	環境分野の研究開発の推進に必要な経費	1,020,918	0	△1,020,918
復興庁	東日本大震災復興国立研究開発法人科学技术術振興機構運営費	東日本大震災復興に係る国立研究開発法人科学技术術振興機構運営費交付金に必要な経費	〈486,897〉の内数	〈0〉の内数	〈△486,897〉の内数
4. ナノテクノロジー・材料分野の研究開発の重点的推進	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	ナノテクノロジー・材料分野の研究開発の推進に必要な経費	829,777	801,177	△28,600
5. 原子力・核融合分野の研究・開発・利用(粉争解決を含む)の推進	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	原子力損害賠償紛争審查会等に必要な経費	4,849,281	4,734,294	△114,987
復興庁	東日本大震災復興国立研究開発法人量子科学技术術研究開発機構運営費	東日本大震災復興に係る国立研究開発法人量子科学技术術研究開発機構運営費交付金に必要な経費	〈433,208〉の内数	〈554,720〉の内数	〈121,512〉の内数
復興庁	東日本大震災復興国立研究開発法人日本原子力研究開発機構運営費	東日本大震災復興に係る国立研究開発法人日本原子力研究開発機構運営費交付金に必要な経費	3,784,540	3,251,288	△533,252
7. 海洋分野の研究開発の推進	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	海洋分野の研究開発の推進に必要な経費	1,122,971	722,340	△400,631
X. スポーツの振興	0	0	0
〈20,826,927〉の内数	〈28,964,876〉の内数	〈8,137,949〉の内数
1. 子供の体力の向上	復興庁	教育・科学技術等復興事業費	公立文教施設整備に必要な経費	〈20,826,927〉の内数	〈28,964,876〉の内数	〈8,137,949〉の内数
## 政策ごとの予算との対応について(個別表)【東日本大震災復興特別会計】

（所管）復興庁 （会計）東日本大震災復興特別会計

(单位: 千円)

政策評価体系	組織	項	事項	27年度予算額	28年度予算額	比較增△減額
XⅡ.文化による心豊かな社会の実現	2,851,632	1,133,812	△ 1,717,820
〈0〉の内数	〈0〉の内数	〈0〉の内数
2.文化財の保存及び活用の充実	復興庁	教育・科学技術等復興政策費	文化財の保存及び活用に必要な経費	2,851,632	1,133,812	△ 1,717,820

計	63,760,443	61,714,280	△ 2,046,163

（注）1. 政策評価の対象となる予算及び政策評価の対象外の予算で政策に関連付けられるものを掲記している。

2. 下段< >外書きは、複数の政策にまたがる予算（例: 施設整備費等）及び複数の政策にまたがると整理できる予算であり、総額の「内数」で掲記し、合計欄において本書きに含めている。

3. 復興庁所管分のうち文部科学省関係のみ掲記している。

4. 27年度予算額は、当初予算額である。