Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
図(1)-17 栄養塩負荷がサンゴの成長と底生藻類に及ぼす影響をまとめた図。

## （５）赤土の影響評価

実際の海域より採取した赤土海水を添加した実験では、赤土に含まれる懸濁物質を除いた赤土ろ過海水（赤土フィルター）では骨格成長の低下が見られたが、懸濁態も含めた赤土海水では、通常のろ過海水に比べて有意な骨格成長の差は見られなかった（図1）-18）。自然のサンゴ礁域では赤土流出により懸濁物質がサンゴ表面を覆ってしまうことや濁度の増加により光合成が遮られることが懸念されるが、本実験では懸濁物質がプレートの底面に溜まっていたので（図1）-19）、今後は自然環境を再現できるような実験が必要であることが示唆された。一方、赤土をろ過した海水で飼育したポリプ骨格は成長の低下が見られたが、河川水や陸水は赤土だけではなく、陸域の栄養塩や化学物質なども同時に沿岸海域に運ぶため、溶存態として存在するこれらの陸源物質がポリプ骨格の成長に影響を与えた可能性も考えられる。しかし、この成長低下の要因については、追試も含めた今後のより詳細な研究が必要であろう。

図(1)-18 褐虫藻非感染ポリプのみを使用した赤土添加飼育実験の結果。
図(1)-19 赤土海水を添加した時のプレートの様子。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

上記の成果により、今後起こりえる地球・地域規模での環境変化に伴うストレスは、サンゴの初期生活史段階に深刻な影響を及ぼし、サンゴ礁生態系の衰退につながることが強く示唆された。本研究は高水温、低塩分、酸性化、栄養塩負荷を精密に制御した飼育実験系を確立することに成功し、サンゴの初期ポリプを用いた新規の環境影響評価法を提示した。今後、さらにこの実験系を活用することで、様々なサンゴ礁生物のストレス応答評価を迅速かつ精密に実施することが可能となった。

## （２）環境政策への貢献

造礁サンゴは、サンゴ礁生態系の基盤を形成する、代表的な石灰化生物である。サンゴ礁は漁業、観光、防災などの面から、経済的価値の高い生態系であるため、その衰退は人間社会においても大きな損失につながる。本研究課題において、環境変化に伴うストレスがサンゴの生存に悪影響を与える可能性を示したことは、今後の環境政策を考えるうえで重要な科学的知見になると期待される。今後も引き続き、新聞報道や学会発表等を通じて、今後の環境変化に伴うストレスが、サンゴの生残に深刻な影響を与える可能性を広く普及することで、サンゴ礁保全に適した環境保全の指針作りのための科学的根拠として活用されるように努める。

## 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） 中村崇：海の研究，21-4，131-144（2012）「造礁サンゴにおける温度ストレスの生理学の影響と生態学の影響」

2）田中泰章：海の研究，21-4，101-117（2012）「造礁サンゴの栄養塩利用と生態生理学的影響」

3）井口亮、磯村尚子：海の研究，（印刷中）「造礁サンゴの環境変化に対する順応機構に関するレビュー」

＜查読付論文に準ずる成果発表＞（「持続可能な社会・政策研究分野」の課題のみ記載可。）特に記載すべき事項はない

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）井口亮：東京大学大気海洋研究所共同利用研究集会 第4回バイオミネラリゼーションと石灰化(2011)-遺伝子から地球環境まで「環境変化がサンゴの石灰化に及ぼす影響」．

2）田中泰章、井口亮、井上麻夕里、森千晴、酒井一彦、中村崇、鈴木淳、川幡穂高：東京大学大気海洋研究所共同利用研究集会 第5回バイオミネラリゼーションと石灰化(2011)-遺伝子から地球環境まで「幼サンゴ骨格を利用した石灰化と栄養塩の関係評価」

3）田中泰章、井口亮、井上麻夕里、森千晴、酒井一彦、中村崇、鈴木淳、川幡穂高：第14回日本サンゴ礁学会（2011）「サンゴ初期ポリプに対する栄養塩負荷の影響」

# 4) Yasuaki Tanaka, Akira Iguchi, Mayuri Inoue, Chiharu Mori, Kazuhiko Sakai, Takashi Nakamura, Atsushi Suzuki, Hodaka Kawahata: 12th International Coral Reef Symposium (2012) “Nutrient assimilation for coral growth and the synergetic effect of elevated seawater temperature”

## （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）

特に記載すべき事項はない

（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) M.D. SPALDING, C. RAVILIOUS and E.P. GREEN: UNEP-WCMC, Cambridge. 436 pp. (2001) "World atlas of coral reefs"

3) L. MUSCATINE, J.W. PORTER and I.R. KAPLAN: Mar Biol, 100, 185-193 (1989)

“Resource partitioning by reef corals as determined from stable isotope composition. I. $ \delta^{13}C $ of zooxanthellae and animal tissue vs depth”

4) H. ODUM and E.P. ODUM: Ecol Monogr., 25, 291-320 (1995)

“Trophic structure and productivity of a windward coral reef community on Enewetok Atoll”

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“Coral bleaching, climate change, and the future of the world’s coral reefs”

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“Status of Coral Reefs of the World: 2008”

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“Effects of nitrogen and phosphorus enrichment on in vivo symbiotic zooxanthellae of Pocillopora damicornis”

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“Effects of elevated seawater temperature and nitrate enrichment on the branching coral Porites cylindrica in the absence of particulate food”

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“Long-term effects of nutrient and $ CO_{2} $ enrichment on the temperate coral $ Astrangia\ poculata $ (Ellis and Solander, 1786)”

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“Response of a scleractinian coral, Stylophora pistillata, to iron and nitrate enrichment”

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“High phosphate uptake requirements of the scleractinian coral Stylophora pistillata”

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“Eggs regulate sperm flagellar motility initiation, chemotaxis, and inhibition in the coral, Acropora digitifera, A. gemmifera, and A. tenuis”

62) M. HIKAMI, H. USHIE, T. IRIE, K. FUJITA, A. KUROYANAGI, K. SAKAI, Y. NOJIRI, A. SUZUKI, H. KAWAHATA: Geophys. Res. Lett., 38: doi:10.1029/2011GL048501 (2011)

“Contrasting calcification responses to ocean acidification between two reef foraminifers harboring different algal symbionts,”

63) B. NESA and M. HIDAKA: J Exp Mar Biol Ecol 368:81-87 (2009)

“High zooxanthella density shortens the survival time of coral cell aggregates under thermal stress”

64) I.M. YAKOVLEVA, A.H. BAIRD, H.H. YAMAMOTO, R. BHAGOOLI, M. NONAKA and M. HIDAKA: Mar Ecol Prog Ser 378:105–112 (2009)

“Algal symbionts increase oxidative damage and death in coral larvae at high temperatures”

65) F. MOBERG, M. NYSTRÖM, N. KAUTSKY, M. TEDENGREN and P. JARAYABHAND: Mar Ecol Prog Ser 157:53-59 (1997)

“Effects of reduced salinity on the rates of photosynthesis and respiration in the hermatypic corals Porites lutea and Pocillopora damicornis”

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“The Gulf of Thailand”

67) T.P. HUGHES and J.B. JACKSON: Ecol Monog 55:141-166 (1985) "Population dynamics and life histories of foliaceous corals"

68) Y. TANAKA, T. MIYAJIMA, I. KOIKE, T. HAYASHIBARA and H. OGAWA: J. Exp. Mar. Biol. Ecol., 336, 110–119 (2006)

“Translocation and conservation of organic nitrogen within the coral-zooxanthella symbiotic system of Acropora pulchra, as demonstrated by dual isotope-labeling techniques”
69) M.J.A. VERMEIJ, I. VAN MOORSELAAR, S. ENGELHARD, C. HÖRNLEIN, S.M. VONK and P.M. VISSER: Plos One 5:e14312 (2010)

“The effects of nutrient enrichment and herbivore abundance on the ability of turf algae to overgrow coral in the Caribbean”
# (2) 環境負荷要因に対するサンゴ骨格の化学的・物理的応答に関する研究

東京大学大気海洋研究所

井上麻夕里

平成22～23年度累計予算額：8,019千円

（うち、平成23年度予算額：2,235千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] 高い生物多様性で知られるサンゴ礁は全球的な問題である地球温暖化や海洋酸性化、そして地域から局所的な問題である陸・海域における様々な人間活動により、現在その健全さが失われつつある。サンゴ礁の基盤構成生物である造礁サンゴは炭酸カルシウムの骨格を形成しながら成長していくため、造礁サンゴ骨格の成長はサンゴ礁の成長に直結していると言っても過言ではない。近年、そのサンゴ骨格の成長量の低下が報告されており、温暖化や酸性化が要因として挙げられているものの、はっきりとした原因は特定されていない。また、サンゴの骨格形成初期段階（ポリプ骨格）における骨格形成および骨格成長はサンゴのリクルートを考える上で大変重要であるが、環境ストレスがこの初期ポリプ骨格に与える影響についてはあまり研究がされていない。そこで本研究課題では、各種ストレス要因と骨格成長との関係を明らかにすることを目的として、ストレスを負荷した環境下で初期ポリプ（Acropora digitifera）の飼育を行い、実験後のポリプ骨格の成長量の違いについて比較検討を行った。本サブテーマでは、高温、低塩分および高栄養塩ストレスについて実験を行った。さらに、骨格成長に与える褐虫藻の影響を調べるために、初期ポリプに褐虫藻を添加したグループと添加しないグループを作成し、それぞれ同条件の実験に供した。10日間の飼育実験の結果、全ての実験において褐虫藻を添加したポリプ骨格の方が有意に骨格成長量が高かった。また、褐虫藻の有無に関わらず、温度の上昇、塩分の低下に伴い骨格成長量の低下が見られたが、褐虫藻感染ポリプの方がより顕著な成長量の低下が認められた。一方、栄養塩による骨格成長への影響は見られなかった。以上のことから、本研究によって、高温、低塩分によって骨格成長が有意に低下することが実験的に示された。

[キーワード] サンゴ骨格成長、サンゴ初期ポリプ、環境ストレス、褐虫藻、飼育実験
### 1. はじめに

豊かな生態系で特徴づけられるサンゴ礁は全球的な問題である地球温暖化や海洋酸性化、そして地域から局所的な問題である陸・海域における様々な人間活動により、現在その健全さが失われつつある。1970年代のハワイ、カネオへ湾での調査を始め、サンゴ礁への環境負荷要因の中でも、生活廃水や農地から流出する栄養塩に焦点を当てた研究はこれまで世界的にも比較的研究が行われているが¹,²)、水質のモニタリングや生態系（サンゴ群集）の変化などが中心で、サンゴの骨格そのものに焦点を当てた研究はほとんど行われていない。炭酸カルシウム（あられ石）からなるサンゴの骨格は、種類によって1年に～2cm程度も成長するので、サンゴ骨格の健全な成長はサンゴ礁の健全度そのものと言っても過言ではない。実際に高濃度の重金属元素に曝されたサンゴや白化を経験したサンゴからは、骨格密度の低下や骨格成長の停止が報告されている³,⁴)。骨格が脆くなったサンゴは、台風などの物理的な被害から、オニヒトデや虫食いのような直接的な被害に対する抵抗力が弱くなることが容易に予想される。つまり、近年顕在化しているサンゴ礁の荒廃は、様々な人為的影響によるサンゴ骨格の脆弱化が原因の一つとして考えられる。実際にグレートバリアリーフや紅海のサンゴ礁からは、近年、造礁サンゴの骨格成長量が低下していることが報告されており、その要因として海洋酸性化や温暖化が挙げられている⁵,⁶)。しかしながら、実際の海洋においては全球規模の温暖化や酸性化に加え、栄養塩濃度や塩分といった局地的な環境因子も複雑に絡み合いながら変化しているため、どの環境因子がどのようにサンゴ骨格の成長に影響を与えているかを個々に判断することが困難である。さらに、近年報告されている造礁サンゴの骨格成長量の低下は成体のサンゴについての報告であり、サンゴの生活初期段階（初期ポリプ）に対する知見はまだ限られている。初期ポリプは環境変化への感受性が高いことが指摘されているため⁷,⁸)、サンゴのリクルートを考え、さらにサンゴ礁の発達を考える上で各種の環境負荷要因がサンゴの骨格形成初期段階（ポリプ骨格）へ与える影響を見積もっておくことは重要と考えられる。

産業革命以降の人間活動による大気中二酸化炭素濃度の上昇に関連して、地球温暖化や海洋酸性化が懸念されているが、特に海洋酸性化は海水中のpHの低下に伴い、サンゴ骨格を構成するあられ石の飽和度の減少を招くため $ ^{9} $ 、サンゴの骨格成長に直接的に影響を与えることが懸念されている $ ^{10} $ 。そのため、酸性化影響については造礁サンゴについて近年活発に研究が行われている $ ^{11,12} $ 。一方で温暖化に関しては、野外において温暖化が原因と考えられる白化現象が報告されているものの $ ^{13} $ 、骨格成長そのものに対する影響評価はこれまであまり行われていない。さらに温暖化と並んで、ごく最近では強大化したサイクロンなどに伴う豪雨イベントが報告されているが $ ^{14} $ 、熱帯から亜熱帯表層海域に広がるサンゴ礁域では、河川水の流入なども含め降雨の影響を強く受けて、塩分が急激に低下することが予想される。過去には低塩分化によるサンゴの一部死滅も報告されているが、系統的な研究は行われていない。また、造礁サンゴは褐虫藻を細胞内共生させており、一般的には褐虫藻による光合成産物を栄養源として骨格成長が促進させられていると考えられているが、環境ストレスにより、この共生関係と共に骨格成長にどのような影響が現れるかについては、未だ実験的に検証されていない。サンゴと褐虫藻の共生関係は、サンゴの骨格形成および骨格成長の基礎を考える上で欠かせない事象であり、サンゴのみに関わらず、共生藻を有する生物のバイオミネラリゼーションを考える上で重要なテーマである。

さらに、サンゴの骨格にはカルシウムイオン（ $ Ca^{2+} $ ）などと同時に周辺海水の水温・塩分などの
情報や各種化学成分もその骨格に取り込まれている．ハマサンゴ属（Genus Porites）のような塊状サンゴでは，サンゴ骨格の成長量は1年に約1~2 cmであり，中には直径3~5 mにまでも成長する群体もある．このような群体のサンゴ骨格には主に季節の違いを反映して密度の異なる骨格が形成されており，X線写真を撮ると明瞭な高密度・低密度バンドが可視化される．これがサンゴ年輪と呼ばれており，この年輪に沿って各種化学成分を測定することにより，過去の海洋環境を高時間分解能で詳細に復元することが可能である．特に骨格中の酸素同位体比（δ¹⁸O）は海水温の間接指標（プロキシ）として古くから測定されている $ ^{[15], [16]} $ ．しかし，サンゴ骨格中のδ¹⁸Oは海水温と共に海水中のδ¹⁸O（塩分）からの影響も受けて変動するため，温度のみに依存していると考えられているストロンチウム・カルシウム（Sr/Ca）比をより良好な海水温指標として測定し，δ¹⁸Oと組み合わせることで海水温と塩分を切り離してそれぞれの詳細な復元を行うことも試みられている $ ^{[17]} $ ．これまでにサンゴ年輪を用いて数多くの古環境・古気候復元が行われており、その結果はIPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）にも引用されている．しかしながら、近年の測定機器の発展に伴い、サンゴ骨格中の微小領域（~μm）での微量元素測定が可能となり、それらの研究ではサンゴ骨格中の微量元素が周囲の海水環境を正確に記録していない可能性が懸念されている．サンゴ年輪を用いた具体的な研究例や近年懸念されている問題点については井上（井上，印刷中）にレビューされているのでそちらを参照されたいが、サンゴ年輪を用いたより正確な環境復元のためにも、サンゴのバイオミネラリゼーションの解明が求められているのが現状である．

そこで本研究では、琉球列島周辺のサンゴ礁域における優占種の一つであるコユビミドリイシ（Acropora digitifera）を対象種として選定し、そのポリプ骨格について、褐虫藻添加グループと非添加グループを作成し、環境負荷要因を与えて飼育実験を行った。そして、温度、塩分、栄養塩について10日間の飼育実験を実施し、実験後のポリプ骨格の重量測定から、飼育期間中における骨格成長量を見積もり、各環境負荷要因と骨格成長との関係、また共生藻と骨格成長の関係と、その関係に与える環境負荷要因の影響についてそれぞれ考察を行った。

## 2 ．研究開発目的

本研究では、主に沖縄本島から採取したサンゴを用いて、飼育実験によって高温や低塩分ストレス、また栄養塩添加実験などを通してポリプ骨格（稚サンゴ）を2週間程度飼育し（サブテーマ（1））、飼育後の骨格成長と共に、骨格に含まれる各種化学成分の測定を行うことによって（サブテーマ（2））、どのような環境負荷要因によって骨格にどのようなシグナル（骨格の粗密や特定の化学成分の増減など）が刻まれるかを明らかにしていくことを目的とする。さらに、ポリプ骨格に褐虫藻を添加させることで、共生／非共生のポリプ骨格を作成することができるため、サンゴの共生関係および共生による骨格成長メカニズムについても考察を行う。

## 3 ．研究開発方法

## （１）骨格重量測定および微細構造の観察

サブテーマ（1）の飼育実験終了後、サンゴ初期ポリプはウォーターピックにより組織を剥離し、水道水で洗浄後、室温にて乾燥させ、東京大学大気海洋研究所に持ち帰った。その後、純水
にて初期ポリプを再度洗浄し、1個体ずつ骨格をプレートから剥がして、完全に乾燥させた後、マイクロ天秤（Thermo Cahn-C35）にて乾燥重量を測定した（図(2)-1、2）。ここでは温度と塩分実験について、後の微量元素変動との比較のためにも、骨格成長量（炭酸カルシウム生成重量）にて結果を示した。成長量の比較には、JMPソフトウェアを用いたTurkeyのHSD検定による多重比較法により統計解析を行った（α=0.01）。温度、塩分実験については重量測定後のポリプ骨格について、走査型電子顕微鏡（SEM，日本電子 JSM-6390LA）による骨格微細構造の観察も行った。

図(2)-1 ポリプ骨格の分析フローチャート
図(2)-2 プレートから剥がして秤量済みのポリプ骨格は、今後の分析のために1個体ずつ保管。この写真は褐虫藻感染ポリプを塩分34で飼育し、秤量したポリプ骨格を示す。

## （２）ポリプ骨格中の微量元素測定

海洋環境の間接指標として有用視されているサンゴ骨格中の微量元素が環境ストレス下においてどのような挙動を示すかを検証するため、海洋環境復元に重要な温度、塩分を制御した飼育実験で得られたポリプ骨格について、マグネシウム・カルシウム比（Mg/Ca比）、ストロンチウム・カルシウム比（Sr/Ca比）およびウラン・カルシウム比（U/Ca比）の精密測定を行った。主な分析法はInoue et al.（2007 $ ^{20} $ ），2011 $ ^{21} $ ）と同様であり、測定には誘導結合プラズマ質量分析計（ICP-MS, ELEMENT XR）を用いた。地質調査所作のサンゴ骨格の標準試料であるJCp-1の繰り返し測定による精度は、Mg/Ca, Sr/Ca, U/Ca比でそれぞれ、0.4% 0.4% 1.0%であった。

## 4 ．結果及び考察

## （１）骨格重量測定および微細構造の観察

## 1 ） 高水温の影響評価

温度4段階で飼育されたサンゴ初期ポリプの骨格重量を測定した結果、褐虫藻有りの初期ポリプは29℃で成長がピークに達した（図(2)-3A）。褐虫藻無しの初期ポリプは31℃でピークに達し、33℃以上では頭打ちになるような成長パターンを示した。これは、水温が31℃以上だと、体内の褐虫藻による酸化ストレスが顕著となり、サンゴにストレスになるためだと推察される。高温下での褐虫藻による酸化ストレスの可能性は、サンゴ白化現象の要因として知られているが、本研究の結果も、その可能性を支持する結果となった。また、海水温の上昇は炭酸カルシウム飽和度
も上昇させるため、無機的な石灰化は温度の上昇と共に促進することが考えられるが、褐虫藻非感染ポリプにおいても高温環境下では頭打ちの成長パターンが見られたことから、31℃以上の高温は、共生関係だけでなくサンゴ自身にもストレスになっている可能性も示唆された。

## 2 ）低塩分の影響評価

塩分濃度5段階で飼育されたサンゴ初期ポリプの骨格重量を測定した結果、褐虫藻有り無し両方の初期ポリプで、塩分濃度の低下と共に成長の低下が見られた（図(2)-3B）。これは、塩分濃度の低下と共に、炭酸カルシウム飽和度が減少するためだと思われる。興味深いこととして、褐虫藻有りの初期ポリプの方が、成長低下が顕著であった。これは、低塩分下でも褐虫藻に起因する何らかのストレスが、サンゴに悪影響を与えていることを示唆するものである。

B

図(2)-3 骨格成長量と温度（A）、塩分（B）との関係。縦軸はAB図ともに実験終了時の骨格重量（μg）で、グレーのバーは共生ポリプ、白のバーは非共生ポリプの結果を示す。また、各実験における、共生／非共生ポリプの各バーの上の文字は有意差の有無を示しており、異なる文字間には有意差があることを示す。
## 3 ）栄養塩負荷の影響評価

閉鎖系の栄養塩負荷実験の結果、褐虫藻感染ポリプは栄養塩によって骨格重量が有意に増加した（表(1)-2）。これは褐虫藻が栄養塩を吸収し、光合成速度が増加することによって、石灰化速度も増加したためと考えられる。また、骨格重量とポリプ表面積の間には直線的な相関関係が見られた（サブテーマ（1）図(1)-13）。このことは、着底直後のサンゴ初期ポリプにおいては、骨格重量と表面積はともに成長速度の指標として利用可能であること、縦方向よりも横方向への（平面的な）成長が卓越していることを示した。閉鎖系実験において栄養塩の潜在的な成長促進効果が示されたものの、連続流水系実験では、サブテーマ（1）で示したように底生藻類の繁茂によってサンゴの致死率が増加しており、栄養塩負荷がもたらす負の効果も指摘された。

## 4 ）骨格微細構造の観察

SEMによる観察の結果、コントロール環境下で成長した褐虫藻添加ポリプの骨格には図(2)-4に見られるような明瞭な層状の構造が認められ、これはCuif et al. (1990) $ ^{22)} $ で報告されている有機基質の生成とその後の炭酸カルシウム鉱物の沈積のサイクルで形成されていると考えられる。この層状の構造は褐虫藻非添加ポリプにも見られ、褐虫藻の有無や骨格成長量の違いにそれほど関わっていない構造であることが分かる。一方、33℃で飼育したポリプ骨格にはこの明瞭な層構造が見られず、表面が溶解しているような滑らかな構造が見られた。特に、この高温下での異常な微細構造は褐虫藻の有無に関わらず認められたため、サンゴ宿主が高温ストレス下で骨格形成の銬型となる有機基質を作り出せなかったことが原因ではないかと考えられる。高温下では白化現象がよく知られている現象であり、サンゴ-褐虫藻の共生関係の崩壊がサンゴ骨格の成長低下、さらには死滅をもたらすことが懸念されている。しかし、今回の結果から高温ストレスが共生関係への悪影響のみではなく、サンゴ宿主そのものにも何かしらのダメージを与えていることが示唆された。低塩分のストレスを与えたポリプ骨格では共生藻の有無に関わらず、このような異常な特徴は認められなかったため、高温ストレスがいかにサンゴにとって深刻な問題であるかが分かる。

図(2)-5にこの骨格微細構造から推察される骨格形成メカニズムについて模式図を示したが、第一段階として炭酸カルシウムの鋳型となる有機基質が生成され、その後に物理化学的にCaCO_{3}が沈積し、それが繰り返され積み重なって骨格が成長していくと考えられる。そして、非共生ポリプにもこの層構造が見られることから、最初の有機基質の生成はサンゴ宿主によって最終的には行われていることが予想される。ただし、共生ポリプにおいては、褐虫藻からの栄養の供給により、より効率よく有機基質の生成が行われていることも考えられる。33℃という高温ストレス下においては、この第一段階の有機基質の生成がうまく行われなかったため、その後の骨格成長も促進されず、結果として成長量の低下を招いたものと考えられる。実際に温度の上昇により炭酸塩飽和度（Ωarag）は上昇し、物理化学的にはアラレ石が析出しやすい環境となるが、それに反して骨格成長の低下が見られたことは、骨格の鋳型がうまく生成できなかったことを裏付けているだろう（図(2)-5）。一方、塩分実験においては、どの塩分区でもこの層構造が認められたことから、
骨格形成の第一段階には低塩分の影響は及ばなかったが、第2段階目にあたる物理化学的な作用によりアラレ石の析出が抑えられたことにより、結果として骨格成長が低下したものと推察される。実際に図(2)-6からも分かるように、本研究で実施した純水の希釈による塩分の低下はΩaragの低下を招くため、この仮説を支持する。このように、骨格微細構造の観察から、本研究では2段階の骨格成長メカニズムが提唱でき、第一段階への外的ストレスはその後の骨格成長も妨げることから、結果として骨格がそれ以上生成かつ成長できなくなってしまうため、より深刻であることが分かる。

図(2)-4 温度制御実験で飼育されたポリプ骨格の微細構造。a: 27°C，非共生 b: 33°C，非共生 c: 27°C，共生 d: 33°C，共生
Second step: 物理化学的なCaCO_{3}の沈積

First step: 有機基質の合成とそれを鋳型としたCaCO_{3}の核形成

## 低塩分ストレス

層構造は維持された

→塩分の低下に伴うCaCO_{3}飽和度の

低下により、2段階目の物理化学的

なCaCO_{3}沈着速度が低下

## 高水温ストレス

層構造が消失

→動物体サンゴの代謝異常によって、1段階目の有機基質合成が機能せず、2段階目のCaCO_{3}沈着速度も低下

図(2)-5 骨格成長の2段階メカニズム（上）と高水温、低塩分ストレスが骨格の2段階メカニズムに与える影響
図(2)-6 （A）飼育海水中のアラレ石に対する飽和度（Ωarag）と骨格成長との関係を示した図。（B）図（A）におけるグレーで囲んだ範囲を拡大した図。低塩分実験（SSS）では、Ωaragの低下と共に骨格成長も減少していることが分かるが、高温実験（SST）では、Ωaragの上昇にも関わらず、高温下では骨格成長が減少していることが分かる。

## （２）ポリプ骨格中の微量元素測定

温度実験と塩分実験について、ポリプ骨格中のストロンチウム・カルシウム比（Sr/Ca比）、ウラン・カルシウム比（U/Ca比）およびマグネシウム・カルシウム比（Mg/Ca比）の測定結果を図(2)-7に示した。サンゴ骨格中のSr/Ca比は海水温の良い指標として知られており、これまでにも数多くの海水温復元の研究が行われているが、その指標としての有用性が環境ストレス下においても適用可能であるかについては検証されていなかった。また、U/Ca比もSr/Ca比同様に海水温指標として指摘されているが、近年ではInoue et al.（2011） $ ^{21)} $ によって、U/Ca比は海水のpHの指標にもなり得ることが指摘されている。熱力学的にサンゴ骨格を形成するアラゴナイト結晶へのSrの取り込みは、温度と逆相関の関係が知られており、U/Ca比についてもその傾向が報告されている。そこで、高温ストレス下における微量元素－海水温の関係を検討したところ、この2つの元素共に温度との逆相関関係は認められなかった(図(2)-7)。興味深いことに、非共生ポリプの骨格については、27-31℃までは逆相関関係が見られ、褐虫藻を持たないサンゴ骨格についてもその微量元素変動は環境指標として使用可能であることが示唆された。しかしながら、33℃ではこの直線関係が崩れるので、やはり高温ストレス下においては、サンゴ宿主そのものに影響が及び、その結果、ストレス下で成長した骨格中の微量元素は周囲の環境を正確に記録していないことが推察される。一方、共生ポリプについては、Sr/Ca比は27-29℃の間でわずかに減少が見られるものの、これまでに指摘されているようなSr/Ca－海水温の直線関係は見られなかった。白化や骨格成長の低下が
検出される31℃以上においては温度上昇と共にSr/Ca比の上昇も顕著なことから、共生ポリプにおいても成長異常が見られる骨格中の微量元素については、周囲の環境を正確に記録していないことが明らかとなった。この結果については慎重な検討が必要ではあるものの、サンゴ骨格を用いて環境復元を行う際に注意すべき項目として提唱することができるであろう。塩分と微量元素に関しては、骨格成長、塩分共に明瞭な関係は見られなかった（図(2)-7）。

Mg/Ca-Temperature

(D)

U/Ca-Temperature

Mg/Ca-Salinity

U/Ca-Salinity

(B)

(E)

Sr/Ca-Temperature

Sr/Ca-Salinity

(F)

図(2)-7 共生(青)/非共生(黄)ポリプの骨格中の微量元素と環境パラメータとの関係。(A)Mg/Ca 比と海水温，(B)U/Ca 比と海水温，(C)Sr/Ca 比と海水温，(D)Mg/Ca 比と塩分，(E)U/Ca 比と塩分，(F)Sr/Ca 比と塩分
一方、骨格の成長速度の指標として指摘されているMg/Ca比については、温度実験における骨格成長とMg/Ca比の変動がよく一致しており、環境ストレス下における骨格成長の低下などについても復元できる可能性が示唆された（図(2)-8）。特に、Mg/Ca比については、共生／非共生ポリプ共に骨格成長変動と連動した変動が見られ、共生藻の有無に関わらず、骨格成長の指標として使用可能であることが示唆される。これまでにサンゴ骨格中のMgは骨格内部の石灰化中心に濃集している可能性が指摘されている $ ^{23} $ 。今回の骨格微細構造の観察結果から推察されるように、骨格の成長が2段階構造であるとすると、第一段階目にあたるサンゴ宿主による有機基質の生成は骨格成長と関わっており、さらに骨格成長と骨格中のMg/Ca比に一致が見られることから、褐虫藻の有無に関わらず骨格中のMg/Ca比は第一段階目の骨格形成について議論することが可能かもしれない。これがどの程度定量化できるかについては、今後の課題ではあるものの、本研究によって、サンゴ骨格中の微量元素が環境指標としてのみではなく、サンゴのバイオミネラリゼーションの解明にも役立つことが示され、今後の研究の発展につながるものと思われる。

図(2)-8 温度制御実験で飼育されたポリプ骨格のMg/Ca比変動（上）と各温度区における骨格重量変動（下）。特に褐虫藻ありのポリプ骨格について、骨格重量とMg/Ca比の変動によく類似した傾向が見られる。