Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
図8 温度制御実験で飼育されたポリプ骨格の微細構造。a: 27℃，非共生 b: 33℃，非共生 c: 27℃，共生 d: 33℃，共生

図9 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。
### 5. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

本研究では、これまでに環境影響評価が困難であったサンゴの飼育実験について、ポリプ骨格を実験に供することで多種類の実験系を組み立て、実施することが可能であることが明らかとなった。さらに、本研究で確立された実験手法を用いることで追試や他の環境因子についてもその影響を評価することが可能であり、サンゴの骨格成長へ影響を与えることが懸念される様々な環境負荷要因に適用できる点は本研究により得られた成果である。

## (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が、サンゴの白化現象が1997-98年の大規模エル・ニーニョイベント以降顕著になってきており、海水温の異常上昇がその要因と考えられている。本研究では、31℃以上になると骨格の成長量の低下が見られたため、29-31℃の間に骨格成長を低下させるしきい値があると考えられる。このように、今後慎重に実験を重ねることでサンゴの成長にとって負荷を与えるレベルやしきい値などを提唱することで環境政策に寄与・貢献していきたいと考えている。

#### 6. 研究成果の主な発表状況（別添.作成要領参照）

## (1) 主な誌上発表

## ＜査読付き論文＞

1) M. INOUE, R. SUWA, A. SUZUKI, K. SAKAI and H. KAWAHATA: Geophysical Research Letters, 38, L12809, doi:10.1029/2011GL047786, (2011) "Effects of seawater pH on growth and skeletal U/Ca ratios of Acropora digitifera coral polyps"

2) M. INOUE, K. SHINMEN, H. KAWAHATA, T. NAKAMURA, Y. TANAKA, A. KATO, C. SHINZATO, A. IGUCHI, H. KAN, A. SUZUKI, K. SAKAI: Global and Planetary Change, 92–93, 1–7, (2012) “Estimate of calcification responses to thermal and freshening stresses based on culture experiments with symbiotic and aposymbiotic primary polyps of a coral, Acropora digitifera”

3) 井上麻タ里: 海の研究 (印刷中) 「環境指標としてのサンゴ骨格中の微量元素とその変動メカニズムの解明に向けて」

4）鈴木 淳・井上麻タ里:海の研究(印刷中)「造礁サンゴ類の石灰化機構と地球環境変動に対する応答」

5） 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」

6）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」

7）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」

＜査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

## (2) 主な口頭発表 (学会等)

1）新免浩太郎、井口亮、井上麻夕里、中村崇、鈴木淳、酒井一彦、川幡穂高：2010年日本プランクトン学会・ベントス学会合同大会（ポスター発表）「環境変動がサンゴポリプの初期骨格成長に与える影響」

2）井口亮、加藤亜記、中村崇、井上麻夕里、鈴木淳、酒井一彦：2010年度日本サンゴ礁学会大会（ポスター発表）「酸性化海水と富栄養化がサンゴポリプの成長と褐虫藻感染に及ぼす影響」

3）井上麻夕里、小崎沙織、井口亮、酒井一彦、鈴木淳、川幡穂：2011年度地球化学会（口頭発表）「サンゴ骨格中U/Ca比のpH指標としての可能性」

4) Mayuri Inoue, Akira Iguchi, Shinmen Kotaro, Sakai Kazuhiko, Atsushi Suzuki, Hodaka Kawahata: 2011 年度日本地球惑星科学連合大会（口頭発表）"Effects of thermal and salinity stresses on coral calcification: approach by aposymbiotic and symbiotic primary polyps"

5) 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（口頭発表）「幼サンゴ骨格を利用した石灰化と栄養塩の関係評価」
6）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」

7) Mayuri Inoue, Akira Iguchi, Shinmen Kotaro, Sakai Kazuhiko, Atsushi Suzuki, Hodaka Kawahata: 12th International Coral Reef Symposium (2012) “Effects of thermal and salinity stresses on coral calcification”

8) 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”

### 7. 研究者略壓

課題代表者:井上麻夕里

1977年生まれ、岡山大学教育学部卒業、東北大学大学院理学研究科博士課程修了、現在、東京大学大気海洋研究所海洋底科学部門助教

## 研究参画者

(1): 中村 崇

1975生まれ、George Washington大学卒業、琉球大学理工学研究科博士課程修了、現在、琉球大学理学部講師

(2):井上 麻夕里（同上）
# RF-1009 サンゴ骨格を用いたサンゴ礁環境に及ぼす人間活動の影響評価に関する研究

(1) 飼育実験に基づくサンゴの成長に及ぼす環境負荷の影響評価

琉球大学 理学部海洋自然科学科 中村 崇

<研究協力者>

琉球大学 理学部海洋自然科学科 田中 泰章

琉球大学 熱帯生物圏研究センター瀬底研究施設 井口 亮

平成22～23年度累計予算額：11,244千円

（うち、平成23年度予算額：7,149円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] 近年、サンゴ礁生態系を衰退させる原因として様々な時空間スケールの環境変動が注目されている。例えば、地球規模では地球温暖化や海洋酸性化、地域規模では富栄養化や土壌流出などが挙げられる。サンゴ礁生態系の中でも、特に基盤構成種である造礁サンゴ（以下、サンゴ）は、こうした環境変化に伴うストレスの影響を鋭敏に受けるとされている。サンゴのストレス応答を調査するためには、環境要因を制御した室内飼育実験が有効な手法であるが、サンゴは室内飼育実験を実施するのが困難なため、これまで得られている実験結果も種や実験条件の違いによって結果が異なるなどの弊害が見られるのが現状である。サンゴは着底後、初期ポリプとして変態した後に石灰化を開始する。サンゴ初期ポリプの石灰化は急速に進み、かつ観察が比較的容易であるため、室内実験の対象として扱いやすい。本研究課題では、一斉産卵時に得られた配偶子から作成したサンゴ初期ポリプを用いて、複数の環境ストレス要因（高水温、低塩分、酸性化、富栄養化）を制御した飼育実験系の確立及び、これらの環境ストレスが初期ポリプの骨格形成に伴う成長に及ぼす影響評価を試みた。実験対象種として、南西諸島のサンゴ礁域に普通に見られるコユビミドリイン（Acropora digitifera）を用いた。その結果、温度の上昇と塩分の低下によってサンゴの成長速度は有意に減少し、高水温は白化率の増加も引き起こした。一方で、高温ストレスに比べると酸性化の影響は比較的受けにくいことも示された。また、栄養塩負荷は潜在的にはサンゴの成長を促進するが、底生藻類との競合によってサンゴの成長が妨げられるという間接的な負の効果も持つことが観察された。今後はこれらの結果を追認するとともに、複合ストレス影響評価を行うことが、環境変動下のサンゴの成長・生残を評価する上で重要な課題である。

[キーワード] サンゴ初期ポリプ、地球温暖化、海洋酸性化、低塩分化、栄養塩負荷
### 1. はじめに

## （１）環境変化によるサンゴ礁生態系と造礁サンゴの衰退

サンゴ礁生態系は熱帯・亜熱帯の浅海域に発達し、透明度の高い海と豊富な魚種で多くの人々を魅了する。サンゴ礁が広がる海の面積は、海洋全体からみるとほんの1%以下であるが、海産魚類種の約25%がサンゴ礁域で見つかるといわれるほど多種多様な生物が生息している¹。この生態系が漁業や観光、生物多様性などの様々な点で貴重な資源であることは言うまでもなく、世界各地でその保全活動が行われている。1992年ブラジルのリオデジャネイロで開かれた地球サミットにおいて採択された「持続可能な開発のための人類の行動計画（アジェンダ21）」には、「サンゴ礁やマングローブ林は、地球上でも最も多様で、総合的かつ生産的な生態系であり、生態学上の重要な機能を果たすと同時に、海岸を保護し、また食料、観光及び経済発展のための重要な資源となっている。その一方で、世界の多くの部分でこのような沿岸系が人為・自然の双方の多様な負荷要因によって脅かされつつある」との文言がみられる（UNEP，1992）。それから約20年の間、オゾン層破壊、温暖化、さらには海洋酸性化など、地球規模での環境問題が次々に明らかになっており、我々人類を含めた生態系の健全性保持だけでなく、生物圏全体の存続が懸念されるに至っている。

造礁サンゴ（以下、サンゴ）は、サンゴ礁生態系の海底基盤を形成する代表的な石灰化生物である。サンゴの多くの種は、渦鞭毛藻類の仲間である褐虫(zooxanthellae)とよばれる単細胞の植物を共生させている。サンゴと褐虫藻との間には「相利共生」の関係が存在し、サンゴは褐虫藻がおこなう光合成産物の多くを受け取ることで、群体成長や生殖に必要なエネルギーの殆どを賄うことができる $ ^{2),3} $ 。加えて、褐虫藻は宿主であるサンゴが排出するアンモニアなどの窒素源などを利用して増殖をおこなうと同時に、サンゴが呼吸により排出する二酸化炭素をそのまま光合成に利用することができるため、サンゴと褐虫藻の共生関係は、熱帯海洋域特有の貧栄養な状態、特に硝酸、亜硝酸、アンモニアなどの窒素含量が少ない条件でも効率よく、安定した光合成をおこなうのに適しているといえる（図(1)-1）。また、排出される粘液はバクテリアによる分解を経

図(1)-1 サンゴと褐虫藻の共生関係
て、生態系の他の栄養段階の生物に利用される $ ^{4)} $ 。サンゴの周囲には、活発に成長するサンゴ群体の炭酸カルシウム骨格がつくり出す複雑な3次元構造を巧みに利用しながら、極めて多くの海洋生物が生息している。これはサンゴが直接食糧源として他の生物に利用されるのと同時に、多様な生物の生息に適したさまざまな微環境を創出するからでもある $ ^{5)} $ 。このように貧栄養環境にもかかわらず、サンゴ礁生態系が高い生物多様性を維持できるのは、光合成藻類との共生というサンゴのユニークな生活方式によるところが大きいといえる。

このように造礁サンゴは、サンゴ礁生態系の健全性を維持するためには必要不可欠な存在であるが、地球・地域規模の環境変化に伴うストレスによって近年は衰退の一途を迪っている。人為的に増加した二酸化炭素が要因とされる地球温暖化や海洋酸性化によって、サンゴ白化現象の増加や $ ^{6)} $ サンゴの石灰化率の低下が指摘されている $ ^{7),8)} $ 。また、地球温暖化によって引き起こされる洪水の増加に伴う塩分低下も、サンゴに悪影響を及ぼす可能性もある $ ^{9)} $ 。地域規模の環境ストレスとしては、陸域からの土壌流出や栄養塩負荷などが挙げられる $ ^{10)} $ 。しかし、これらのストレスによって、サンゴが具体的にどのような影響を受けて衰退するのかは、まだ未解明な部分が多いのが現状である。本研究課題で注目する主要な環境変動として、海水温の上昇と栄養塩負荷についてここで詳しく研究背景をまとめてみたい。

## （２）温度ストレスの影響

サンゴ礁をとりまく地球温暖化に伴う深刻な問題として、夏季海水温度の異常上昇による「サンゴ白化」現象と、その後のサンゴの斃死によって引き起こされる生態系の移行（フェーズシフト）が強く懸念されている $ ^{[1]} $ 。例えば、大規模白化に伴うサンゴの大量死によって空いた生息空間に、比較的成長の早い藻類が繁茂してしまう状態などが見受けられる。また、それと同時にサンゴ群集回復の基礎となる成熟群体からの新規幼生の供給も衰退した状態が続くため、元の状態への回復が一層困難になってしまう（図(1)-2）。通常、サンゴの多くは体内に高密度で存在する褐虫藻由来の褐色・緑褐色を基調とした色彩を持っているが、環境負荷の高い状態が続くと、共生していた褐虫藻が体内からいなくなってしまう。その結果、サンゴ本来の半透明な組織を透して、組織下にある炭酸カルシウムの白い骨格が透けて見えるため、漂白（Bleach）されたかのように真っ白い外観をもった状態となる。これが近年、世界中のサンゴ礁域で大きな問題となっている「サンゴ白化＝Coral Bleaching」と呼ばれている現象である。白化の直後、サンゴはしばらくの間生存が可能であるが、褐虫藻を失った状態が続くと、サンゴは共生藻から得られていた光合成生産物を十分に受け取ることができなくなるために群体の成長速度や生殖能力が低下し $ ^{[2]} $ 、加えて様々な病原菌などへの抵抗力が弱まった状態となる。そのまま環境の改善が見られない場合サンゴが死亡してしまうのである。
Mass bleaching affects whole ecosystem

図(1)-2 サンゴの白化現象に伴う生態系のフェーズシフト

大規模なサンゴ白化現象については、1980年代から蓄積されてきた野外調査による知見から、海水温度の上昇が主原因であることが示唆されていた $ ^{13)} $ 。実際に、大規模なサンゴ白化現象はエルニーニョの傾向の強い年に各地から報告されており、1982-83年のエルニーニョの後、カリブ海沿岸の各国から米国フロリダ州にかけての広い大西洋地域でサンゴの白化が見られるなどの事例がみられた。また、1998年には、世界各地の主要なサンゴ礁域で大規模なサンゴ白化がみられ、日本国内では、沖縄県の石垣島周辺のサンゴ礁域で、ミドリイシ属サンゴを中心に60%以上が白化現象によって失われたと言われている $ ^{14)} $ 。その後のオーストラリア海洋科学研究所（AIMS）による報告では、世界のサンゴ礁の27%が1980年代からの20年間に白化によって深刻な被害を受けていたことが示され、2012年頃までにさらに14%の健全なサンゴ礁が失われることが予測されていた $ ^{14)} $ 。その後、サンゴ礁地形が発達し、多様なサンゴ種を要する東南アジア地域の広い範囲を中心として、広範囲での水温の異常上昇と大規模な白化現象、その後のサンゴ群集の衰退状態が報告されている $ ^{15)} $ 。

もし、温暖化と連携した水温上昇傾向が続くと、多くのサンゴが死亡したままとなり、そのままサンゴ群集の回復が進まなければ、サンゴが残した骨格構造までもが物理的・生物的な要因によって時間と共に崩壊していく。そのため、サンゴを食料とする生物だけでなく、避難・生活・保育・産卵場所としてサンゴ骨格構造を利用していた生物までもが次第に影響を受け、姿を消す事になることが示唆されている。並行して、サンゴを基礎とした生態系から、大型の海草類や海綿などが海底面を覆う主な光合成生物として優占した別の生態系への移行が予測されている $ ^{11} $ 。2006年にオーストラリアの研究機関がまとめた「Reef Manager’s Guide to Coral Bleaching」によると、1980年代以前にはわずか数件であった白化現象報告数がその後2000年までには500件以
上になったことが明らかになっている。白化の被害を受けた海域は1998年から更に拡がり、2006年時点では地球上のほぼすべてのサンゴ礁域における深刻な被害が報告されている。白化についての認識と研究の活発化にともない、白化報告数が増えた可能性を加味する必要があるが、温暖化に伴う水温異常がサンゴ礁生態系に対する世界的脅威として認識されてきていることがうかがえる。Wilkinson（2008） $ ^{15)} $ によれば、調査対象となっているサンゴ礁域全体の46％が比較的健全な状況にあるとする一方で、2004年の報告に比べ、調査対象となっていたサンゴ群集の19％が実質失われており、15％が深刻な状況に置かれていることを報告している。特に生物多様性の高い東南アジアで40％が実質失われた状況にあり、今後回復が難しいと考えられるサンゴ礁域の増加が懸念されている $ ^{15)} $ 。

野外での環境変化は同時複合的に起こっており、それぞれの環境負荷とそのストレス応答のどちらについても単独に現れることは非常に稀である。そのため、複数の環境負荷がかかった状態のサンゴにおいては、個々の環境負荷と、それぞれのストレス応答の因果関係を特定することが容易ではない。特に野外で観察される白化現象については、ほぼ間違いなく複数のストレス要因が関与していること、それぞれのストレスの強さや時期のずれから、結果として主原因を特定することが困難な場合がある。

同種サンゴ間についても、サンゴ礁特有の複雑な地形に由来する微環境の違い、例えば、水深・透明度や傾斜による光量の違いや、潮流の速さによっても反応が異なり、あるサンゴ種では、一般的に白化が見られるような30℃を超える水温でも、濁りのある場所では白化が見られないケースなども報告されている $ ^{16},^{17},^{18},^{19},^{20} $ 。また、白化しやすい種・白化はするが回復しやすい種・白化すると高確率で死亡してしまう種といった種間での違いも報告されている $ ^{12} $ 。しかしながら、さまざまなストレス応答とその原因を個々に解明し、理解していくことは、サンゴ礁保全の観点からも期待されるところである。そこで、各複合ストレス要因を分けて考えていくために、各負荷要素の度合いを段階的に変えながら相互影響を調べることで、自然環境下でサンゴが示すストレス応答の一端を解明する方法がとられている $ ^{21} $ 。また、それら基礎的知見から、サンゴ種ごとの耐性の違いの原因が明らかになりつつあり、将来的にはサンゴ群集の構成や、種の分布に温暖化が与えうる影響について、積み上げ式に考えていくことが可能となるかもしれない。

## （３）栄養塩負荷の影響

サンゴ礁の栄養塩濃度は主に陸水と外洋海水との混合比率や、生物による吸収・再生産（有機物の無機化）などによって変動するが、なかでも陸水の流入は沿岸域の栄養塩濃度を大きく左右する。バイーア州（ブラジル）では沿岸域の土地開発と人口増加によって地下水の汚染が進み、沿岸域への栄養塩流入量が増加した結果、サンゴ礁海水としては極めて高い5～10μmol L⁻¹（以下、μM）の硝酸イオン（NO₃⁻）やアンモニウムイオン（NH₄⁺）、約1μMのリン酸イオン（PO₄³⁻）が観測され、造礁サンゴの被度は10%以下に低下した $ ^{22)} $ 。後述するように、栄養塩とサンゴの成長の直接的な因果関係については見解が分かれているが、栄養塩負荷が藻類の増殖を促すことは間違いなく、生態系構造に何らかの変化を及ぼすことになる。このような富栄養化という環境学的観点から、サンゴに対する栄養塩負荷の影響評価が行われてきた。

その結果、造礁サンゴを富栄養化させた海水中で飼育すると、栄養塩吸収量の増加によって褐
虫藻の光合成産物は窒素（N）やリン（P）を多く含むようになり、褐虫藻の細胞分裂が促進される。そして面積当たりの褐虫藻数やクロロフィル量が増加し、面積当たりの光合成速度も増加することが多くの先行研究で報告されていった（表(1)-1）。褐虫藻密度の増加によって、造礁サンゴは見た目にも分かるほど濃い褐色に変色する(図(1)-3)。造礁サンゴは共生する褐虫藻の一部を常に海水中に放出していることが知られているが $ ^{23} $ 、富栄養化によって宿主内の褐虫藻密度が増加すると、海水中へ放出される褐虫藻数も増加する $ ^{24} $ 。この放出速度の増加は正午から夕方にかけて顕著に見られたことから、放出機構は褐虫藻の光合成活動に深く関係すると思われる。このような栄養塩吸収に伴う褐虫藻の代謝活性化は、言い換えると通常のサンゴ礁においては褐虫藻の成長が栄養塩によって律速されていることを示唆する。実際に、共生体中の褐虫藻の分裂時間は12～100日 $ ^{25),26),27} $ であり、分離培養された褐虫藻 $ ^{28} $ やサンゴ礁の植物プランクトン $ ^{29} $ と比べて非常に遅い。褐虫藻は動物細胞内という一見、栄養状態の良い（栄養塩濃度が高い）環境に置かれているが、細胞内外の栄養塩濃度勾配によって物理化学的に、あるいは宿主によるコントロールで $ ^{30),31} $ 、その増殖速度が低く抑えられているようである。海水の富栄養化は細胞内外の栄養塩濃度勾配を大きくし、褐虫藻への栄養塩移送が促進される結果、褐虫藻代謝の活性化につながると考えられる。表(1)-1を見ると、 $ NO_{3}^{-} $ または $ NH_{4}^{+} $ が5μMを超えると、褐虫藻（クロロフィル）の増加が起こるようであるが、それ以下の濃度で実験を行った研究例は少なく、影響が表われ始める濃度については注意が必要である。実験開始時における共生体の栄養状態（生息環境の栄養塩濃度やプランクトン捕食状況）によって、応答を示す栄養素や濃度は異なることが推測される。

図(1)-3 褐虫藻（クロロフィル）密度の異なるサンゴ写真。a：低栄養塩環境、b：高栄養塩環境
表(1)-1 栄養塩負荷に関する造礁サンゴの生態生理学的研究。CA：骨格単位面積当たりのクロロフィル、CZ：褐虫藻細胞当たりのクロロフィル、ZA：骨格単位面積当たりの褐虫藻密度、GPA：骨格単位面積当たりの総一次生産速度、RA：骨格単位面積当たりの呼吸速度、GR：骨格成長速度。+：増加、0：変化なし、-：減少

Nutrients (μM)	Responses	References
CA	CZ	ZA	GPA	RA	GR
NH4+(20,50)	+	0	0	0	Stambler et al. (1994)46)
NH4+(2-46)	+	+	+	0	Hoegh-Guldberg and Smith (1989)25)
NH4+(20)	+	0	+	Muscatine et al. (1989)47)
NH4+(20)+PO43-(4)	+	0	+
NH4+(20)	+	+	+	Muller-Parker et al. (1994)48)
NH4+(20)	+	0	Steven and Broadbent (1997)49)
NH4+(20)+PO43-(4)	+	+
NH4+(20)	-	Ferrier-Pagès et al. (2000)40)
NH4+(20)+PO43-(2)	-
NO3-,NH4+(20)	+	-	Marubini and Thake (1999)50)
NH4+(15)	+	Snidvongs and Kinzie (1994)51)
NO3-(15)	0	0	-	0	-	Nordemar et al. (2003)52)
NH4+(10)	0	Ferrier-Pagès et al. (2000)40)
NO3-(5-20)	+	+	+	0	-	Marubini and Davies (1996)39)
NO3-(5-10)	-	Renegar and Riegl (2005)53)
NO3-(5-10)+PO43-(2-4)	-
NO3-(6)	0	Marubini and Atkinson (1999)54)
NO3-(5)	0	0	Faxneld et al. (2010)55)
NO3-(5)+PO43-(0.3)	+	Tanaka et al. (2007)56)
NO3-(5)+PO43-(0.3)	0	Holcomb et al. (2010)57)
NO3-(5)+PO43-(0.1)	+	+	Chauvin et al. (2011)41)
NO3-(2)	0	0	0	-	0	Ferrier-Pagès et al. (2001)58)
NO3-(1)	0	0	0	0	-	Marubini and Davies (1996)39)
PO43-(5)	+	Dunn et al. (2012)59)
PO43-(4)	0	0	0	Muscatine et al. (1989)47)
PO43-(4)	0	+	Steven and Broadbent (1997)49)
PO43-(2-4)	-	Renegar and Riegl (2005)53)
PO43-(2.5)	-	0	+	Godinot et al. (2011)60)
PO43-(2)	-	Kinsey and Davies (1979)35)
PO43-(2)	-	Ferrier-Pagès et al. (2000)40)
PO43-(1.2)	0	Snidvongs and Kinzie (1994)51)
栄養塩吸収に伴う褐虫藻と宿主の有機物代謝の応答は、上記のように多くの一致した見解が得られてきたが、宿主の石灰化への影響についてはいまだに明らかにされていない部分が多い。石灰化は狭義にはサンゴ骨格の形成のみを指すが、細胞などの有機軟組織は骨格に比べて十分に重量が小さいため、本論文では石灰化は細胞組織を含めた造礁サンゴとしての成長（縦横方向への拡大）と同義とする。石灰化は炭酸カルシウムを主成分とするため、一見、栄養塩とは無関係のように思われがちだが、サンゴ骨格には貝殻と同様に微量の有機物が含まれ、炭素（C）だけでなくNやPもタンパク質 $ ^{32)} $ やリン脂質 $ ^{33)} $ として骨格に組み込まれている。Allemand et al.（1998） $ ^{32)} $ はS. pistillataのタンパク質合成を阻害した結果、すぐに石灰化速度の低下が見られたことから、骨格に組み込まれる有機基質（タンパク質）の合成が石灰化を律速しているのではないかと考えた。また、宿主や褐虫藻の細胞合成には当然のことながらNやPなどの栄養素を必要とし、長期的には有機軟組織の成長なくして骨格の成長はない。さらに、褐虫藻の光合成は石灰化にとって化学的に好適な環境を作ることが知られており $ ^{34)} $ 、栄養塩濃度はこの光合成活性を大きく左右する。このように、様々な過程で石灰化と栄養塩は直接的あるいは間接的に関与していることは間違いない。

1970年代からサンゴ礁海水中の栄養塩濃度と造礁サンゴの成長速度の間に負の相関があることが報告され、海水の富栄養化が造礁サンゴの成長を阻害し、サンゴ礁生態系の荒廃につながっていることが注目され始めた $ ^{35),36),37} $ 。現場では栄養塩濃度の変動に伴い様々な水質が同時に変化するため、造礁サンゴの成長と栄養塩の直接的な因果関係を示すに至らなかったが $ ^{37)} $ 、Stambler et al. (1991) $ ^{38)} $ は研究施設内の環境条件管理下のもとで造礁サンゴPocillopora damicornisを飼育し、富栄養化海水（ $ 15\mu M NH_{4}^{+} $ ）が石灰化を阻害することを初めて明瞭に示した。著者らはその機構について、富栄養化によって褐虫藻から宿主への有機物移行量が減少し、宿主がエネルギー不足になったため、あるいは褐虫藻の光合成速度が増加したことにより、サンゴ細胞内のDICが多く消費されるようになり、石灰化に利用可能なDICが減少したためと考えた。その後、Marubini and Davies (1996) $ ^{39)} $ は $ 0.2\sim20\mu M $ の $ NO_{3}^{-} $ 濃度下でPorites poritesとMontastrea annularisを飼育し、わずか $ 1\mu M $ の $ NO_{3}^{-} $ によってもサンゴの石灰化速度が大きく低下したことを示し、Stambler et al. (1991) $ ^{38)} $ の後者の説を支持した。わずかな栄養塩濃度増加でさえも石灰化の抑制効果があることを示したため、この結果は非常にインパクトが大きかった。しかしそれ以降、同様の低レベルな栄養塩負荷でサンゴの石灰化が抑制されたという研究結果は報告されておらず、Ferrier-Pagès et al. (2000) $ ^{40)} $ はS. pistillataについて $ 10\mu M $ の $ NH_{4}^{+} $ 濃度では成長速度の変化は見られず、 $ 20\mu M $ で有意な低下が見られたことを報告した。これはStambler et al. (1991) $ ^{38)} $ と同レベルの高い濃度であり、その他の先行研究においても多くの場合 $ 10\mu M $ 以上の高い $ NH_{4}^{+} $ または $ NO_{3}^{-} $ 濃度条件において石灰化速度の低下が観察されている。しかしながら、実際のサンゴ礁海域で $ 10\mu M $ を超えるような濃度が観測されることはほとんどなく、実験的研究と現実環境とのギャップの一つといえる。

Chauvin et al. (2011) $ ^{41)} $ は、実際のサンゴ礁海域における栄養塩の濃度勾配を利用して、栄養塩濃度の低い沖側（ $ NO_{3}^{-} $ : 0.6μM）に生息する造礁サンゴAcropora muricataと栄養塩流入量の多い岸付近（ $ NO_{3}^{-} $ : 5μM）に生息する同種サンゴを採取し、両者の代謝速度を比べた結果、岸付近のサンプルの方が光合成・石灰化速度が大きいことを報告した。Sawall et al. (2011) $ ^{42)} $ も現場の栄養塩濃度勾配を利用してStylophora subseriataの代謝速度を比較したところ、Chauvin et al.
(2011) $ ^{41)} $ と同様の結果を示した。これらはサンゴ礁の現実的な栄養塩負荷環境に適応した造礁サンゴの代謝を比較したという点で重要な知見といえる。また、Atkinson et al. (1995) $ ^{43)} $ はワイキキ水族館（ハワイ）で長期間飼育されている造礁サンゴについて、高い栄養塩環境（NO $ _{3}^{-} $ :5μM, NH $ _{4}^{+} $ :2μM, PO $ _{4}^{3-} $ :0.6μM）にもかかわらず、現場海域の造礁サンゴに比べて早い成長速度を維持していることを報告している。その他の先行研究を見ても、NO $ _{3}^{-} $ が5μM程度の栄養塩環境であれば、サンゴの石灰化速度が有意に低下したという報告はほとんど見られない（表(1)-1）。栄養塩が造礁サンゴの成長を促進する機構としては、上述した石灰化に必要な有機基質の合成、宿主・褐虫藻の細胞組織の合成、光合成による化学的な石灰化促進効果、などのいずれかまたは複数が挙げられる。

ここ数十年でサンゴ礁生態系の衰退が注目され、環境ストレスの一つとして富栄養化を想定した調査研究が行われてきた。造礁サンゴの代謝変化と栄養塩の直接的な因果関係を評価するため、水槽などを利用した実験的研究が行われてきたが、その多くがサンゴ礁にしてはあまりにも高い栄養塩濃度を設定し、現実的な栄養塩環境が想定されていないと言わざるを得ない。サンゴ礁は貧栄養海域にありながら高い生産性を持つため、栄養塩が生物個体スケールあるいは群集スケールで迅速に吸収と再生を繰り返しているという古くからの見方があるが、サンゴ礁における海水の滞留時間は通常短く、そのようなリサイクルは物理化学的に不可能だとも考えられている $ ^{44),45} $ 。Atkinson (2011) $ ^{45} $ の総説では、陸域から栄養塩が流入したとしても、一次生産者と海水の境界層における拡散律速によって、栄養塩の大部分は吸収されずに外洋に流されるという機構が解説されている。恒常的に高い栄養塩濃度が維持される可能性があるのは、サンゴ礁の中でも河川水や地下水が流入する一部の限られた地点のみであり、サンゴ礁全体の富栄養化に容易にはつながらない。多くのサンゴ礁で栄養塩負荷が進行していることは事実であるが、実際に想定される栄養塩の濃度変動を考慮しながら、より現実的な造礁サンゴの応答を評価していくことが望まれる。

## 2 ．研究開発目的

上記の研究背景を踏まえ、沖縄周辺の造礁サンゴの代表種の一つであるココビミドリイシ（Acropora digitifera）を対象に、サンゴ初期ポリプの環境ストレス応答を評価することを目的とした。ストレス要因としては、高水温、低塩分、酸性化、栄養塩負荷を取り上げ、各種条件を精密に制御した飼育実験系を確立する。同一サンゴ種について多様な環境ストレスの影響を同時期・同一空間で調査することによって、これまでにない包括的評価を得ることを目指す。

## 3 ．研究開発方法

## （1） 高水温・低塩分・酸性化の影響評価

2010年7月6日に産卵した、コユビミドリイシ4群体から配偶子を採集した（図(1)-4）。産卵後の配偶子採集方法はMorita et al.（2006） $ ^{61} $ と同様である。6穴プレートに幼生を移し、変態誘引ペプチドによってサンゴ幼生の変態を誘引しプレートに定着させた $ ^{7} $ 。プレートは、褐虫藻感染グループと褐虫藻非感染グループに分け、褐虫藻感染グループの初期ポリプは、シャコガイから単離した褐虫藻培養液を加えることで感染させた。褐虫藻の感染が確認された後、初期ポリプが
定着したプレートをランダムに各実験水槽へと移した。これらの初期ポリプを用いて、以下の高水温、低塩分、酸性化の実験を行った。

## 1 ）高水温

温度調整実験に関しては、光照射はメタルハイドランプ(FUNNEL 2、150W、カミハタ)を使用した。照射時間は12時間毎の明暗周期(午前7時から午後7時まで点灯)とした。光量は180 μmol m⁻²s⁻¹に調整した。ペリスタポンプ(MASTER FLEX, Cole-Parmer Instrument Company)を用いて流量毎分200 ml のかけ流しで、各飼育水槽へ海水を供給した（図(1)-5）。飼育水槽は褐虫藻感染、非感染グループ毎に飼育水槽を分け、実験を行った。各飼育水槽は大型浴槽内に設置し、クーラー(ZENSUI、NISSO)によって冷却水を循環させ、外側からの冷却を行った。設定温度は27℃（コントロール）、29℃の飼育水槽を入れた浴槽内には24°Cの冷却水を、31℃と33℃の設定区の水槽を入れた浴槽内には、29℃の冷却水を循環させ、外部からの冷却を行った。水温は各水槽内にデジタルサーモスタット(POWER THERMO ET-30B、コトブキ(株))を設置し、設定水温よりも低くなった場合にヒーター(MICRO SAFE POWER-HEATER 150、(株)EVERS)が作動するように設定した。各水槽には水温ロガー(サーモクロン SL、KN ラボラトリーズ)を設置し、30分毎に水槽内の水温を記録した。また、水銀温度計を用いて、1日2回飼育水槽内水温の確認を行った。実験水槽内は、水中フィルターポンプ(MINI BOX 120、コトブキ(株))を入れ、海水を循環させた。

琉球大学瀬底研究施設周辺にて採取

図(1)-4 造礁サンゴの生活史
## 2 ）低塩分

塩分調整実験では、実験開始前に塩分34（コントロール）、32、30、28、26の塩分の海水を2Lずつ調製した。これらの海水を各設定塩分プレート内の1穴に10mlずつ入れ、実験を開始した。その後は1日に1回、海水を交換した。交換した海水は、毎日スクリュー管に保存し、実験終了後、塩分測定器を用いて実験期間中の塩分の変動を確認した。また、各飼育6穴プレートは実験室内のエアコンの温度を27℃に設定し、実験期間中はこれにより外部からの冷却を行った。光照射は蛍光灯を使用した。照射時間は12時間毎の明暗周期（午前7時から午後7時まで点灯）とした。光量は60 μmol m⁻²s⁻¹に調整した。温度設定は27℃にし、上記の温度調整実験と同様の方法で、温度調整を行った。

## 3 ）酸性化

酸性化実験では、二酸化炭素（ $ CO_{2} $ ）を海水にバブリングさせることで海水中の二酸化炭素分圧（ $ pCO_{2} $ ）を制御し、1）の高水温実験と同様に流水系で実験を行った $ ^{62)} $ 。 $ CO_{2} $ 濃度は300，400（コントロール），800，1000ppmに設定した。飼育期間中の海水温は27℃に設定し、サーモスタットによるモニターの結果、飼育期間中は海水温が常時一定に保たれていることが確認された。

図1-5 屋内飼育実験設備

## （２）栄養塩負荷の影響評価

栄養塩に関する飼育実験では、図(1)-6に示すように二つの実験系を設定し、両実験系の結果か
ら統合的評価を行うことを試みた。まず、実験対象として2011年6月にミドリイン属サンゴの1種、ココビミドリイン（Acropora digitifera）を採取し、琉球大学熱帯生物圏研究センター瀬底研究施設内の屋外水槽において産卵を確認した後、それらの配偶子を得た。配偶子を発生して得られたプラヌラ幼生は、変態ペプチドを用いて6穴プレートに着底させて、サンゴ初期ポリプを作成した。この初期ポリプにシャコガイから単離した褐虫藻を感染させ、サンゴ一褐虫藻共生型の稚サンゴを作成した。

図(1)-6 栄養塩負荷に関する実験手法

## 1 ）閉鎖系実験

栄養塩添加区と対象区の二つの実験区を用意し、稚サンゴをそれぞれの水槽で15個体ずつ10日間飼育した。水槽内の海水は定期的に交換し（0、3、6日目）、毎回の交換後に栄養塩添加区にのみ栄養塩溶液（硝酸カリウム、リン酸二水素ナトリウム）を硝酸イオンとリン酸イオンがそれぞれ2.4μmol/L（以下、μM）、0.2μMになるように添加した。対象区では硝酸イオン0.5μM、リン酸イオン0.1μMであり、それ以外の栄養塩は亜硝酸イオン（0.2μM）、アンモニウムイオン（0.5μM）ともに対象区と栄養塩添加区で同程度であった。通常のサンゴ礁海域における硝酸イオン濃度は0.5μM程度であり、2.4μMという添加区の濃度はサンゴ礁としては十分に栄養塩負荷であるといえる。水槽内の海水温は27℃に維持し、また水流ポンプを使って水槽内には緩やかな（約5cm/s）水流を保った。水槽上部からはメタルハライドランプで1日12時間（午前7時から午後7時）照射し、照射時の平均光量は110μmol m⁻²s⁻¹であった。飼育実験期間中、0、3、6、10日目に稚サンゴを顕微鏡下で写真撮影し（図(1)-7a）、成長速度と褐虫藻由来のクロロフィル量を測定した。クロロフィルは画像解析ソフトによって図(1)-7bに示すように検出され、検出部分の面積割合をクロロ
フィル指数（CI）とした。実験終了後には稚サンゴから有機組織をウォーターピックで剥離し、東京大学大気海洋研究所において骨格乾燥重量を計測した。

図(1)-7 稚サンゴの顕微鏡写真(a)とクロロフィル検出(b)。写真(a)の四角部分をクロロフィル解析に使用した。

## 2 ）連続流水系実験

水槽に連続的に海水を供給することによって、底生藻類が繁茂する中での稚サンゴの成長について調査を行った。栄養塩濃度条件は対象区（SC）、低負荷区（SL）、高負荷区（SH）の3段階に設定し、閉鎖系実験と同様に共生型稚サンゴをそれぞれ15個体ずつ10日間飼育した。また、褐虫藻の機能を調査するため、褐虫藻を感染させない非共生型（Aposymbiotic）ポリプも用意し、共生型と同様に対象区（AC）、低負荷区（AL）、高負荷区（AH）の3条件下で10日間の飼育実験を行った。栄養塩溶液（硝酸カリウム、リン酸二水素ナトリウム）はペリスタポンプを使って連続的に各水槽に供給し、通常の貧栄養海水と混合することによって目標濃度になるように調整した。結果として硝酸イオン濃度は対象区、低負荷区、高負荷区おいてそれぞれ平均0.2、3.8、8.8、リン酸イオンはそれぞれ平均0.1、0.4、0.7μMであった。海水温や水流、光量、写真撮影などは上記の閉鎖系実験と同様に行った。

## （３）赤土の影響評価予備実験

赤土流出の影響を見積もるため、降水直後の瀬底島周辺に流れ込む河口域から海水をバケツ採水し、よく攪拌した赤土海水、フィルター（0.45μm）でろ過した赤土海水を準備し、通常のろ過海水をコントロールとして毎日水換えを行うことで実験室内環境での閉鎖系実験として赤土海水
の影響評価を試みた。試料は褐虫藻非感染ポリプのみを用いて行った。

## 4 ．結果及び考察

## （１）高水温の影響評価

温度調整実験では、27℃及び33℃において、褐虫藻の有無によって成長に差が見られた（図(1)-8）。褐虫藻感染グループでは、33℃で飼育したサンゴ初期ポリプの成長は、27、29、31℃で飼育したサンゴ初期ポリプの成長と比較して、有意な減少が見られた（一元配置分散分析、p < 0.05）。また、飼育前はすべての個体が褐虫藻に感染していたのに対し、実験終了時には白化している個体も見られ、白化率は29℃から31℃で大きく増加した（図(1)-9、10A）。一方で、褐虫藻非感染グループでは、各条件間で成長に有意な差は見られなかった。この理由として、褐虫藻の働きによって体内に活性酸素が蓄積することにより引き起こされる酸化ストレスが発生している可能性が考えられる。これまでの研究において、水温31℃以上では、サンゴ本体が褐虫藻によって酸化ストレスを受けるといった報告とも整合的である $ ^{63),64} $ 。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。

図(1)-8 高温ストレスがコエビミドリイン初期ポリプの成長に及ぼす影響。縦軸は面積、横軸は実験に用いた海水の温度を示す。灰色バーが褐虫藻有り、白色バーが褐虫藻無し。図中のエラーバーは標準誤差を示す。
## 褐虫藻感染

感染率も画像解析で算出

34%0 実験開始時

34‰ 実験終了時

飼育開始前に

どの個体も感

染していることを確認

10 日間飼育

26%0 実験開始時

26%0 実験終了時

10日間で感染率は上昇

→ 共生関係が保持されている

27℃ 実験開始時

27℃ 実験終了時

33℃ 実験開始時

33℃ 実験終了時

高温下では白化していた

図(1)-9 高水温・低塩分実験における実験開始時および終了時のサンゴ初期ポリプの写真

図(1)-10 高水温（A）・低塩分（B）実験終了時の褐虫藻感染ポリプの白化率。縦軸はそれぞれの実験条件における白化率（%）を示す。各バーの上のアルファベットの違いは有意差を示す。
## （２）低塩分の影響評価

塩分調整実験では、塩分34, 32, 28, 26の条件において、褐虫藻の有無によって成長に有意な差が見られた（図(1)-11）。褐虫藻感染グループでは、白化率の減少は確認されなかったが（図(1)-9, 10B）、塩分26で飼育した初期ポリプは、34, 32で飼育した初期ポリプと比較して、成長に有意な減少が見られた（一元配置分散分析、p < 0.05）。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、褐虫藻有りのポリプ骨格の方が、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った。また、先行研究では、低塩分環境への曝露が、サンゴの光合成量を低下させているという報告もあり $ ^{65} $ 、初期ポリプの成長速度の減少は、褐虫藻の光合成速度の減少に起因している可能性もある。自然界では、雨期に降雨量が増大し、陸水の流入が強化されることによって塩分低下が起きており $ ^{66} $ 、今後環境変動によって洪水が生じ、降水量が増大した場合に、海水塩分の低下がサンゴの成長に負の影響を与える可能性が示唆される。

以上の結果、高温ストレス、低塩分ストレスは、サンゴ初期ポリプの成長において、負の影響を及ぼすことが示唆された。サンゴの生存率は一般的にサイズに依存するため $ ^{67} $ 、初期ポリプが環境変化に伴うストレスを受けて成長が下がり、死亡率が上がるのであれば、新規加入量が減少し、サンゴ個体群が維持されなくなる可能性がある。

図(1)-11 低塩分ストレスがコユビミドリシ初期ポリプの成長に及ぼす影響。縦軸は面積、横軸は実験に用いた海水の温度を示す。灰色バーが褐虫藻有り、白色バーが褐虫藻無し。図中のエラーバーは標準誤差を示す。
## （３）酸性化の影響評価

酸性化実験の結果についてはポリプ骨格の重量をもとに骨格成長量の評価を行った（図(1)-12）。その結果、褐虫藻非感染ポリプにおいては海水中の $ pCO_{2} $ が800ppm以上で300，400ppmに比べ有意な成長低下が見られたのに対し、褐虫藻感染ポリプでは、1000ppmのみにおいて、それ以外の実験区と有意な差が認められた。前述のように、サンゴ骨格の成長にとって褐虫藻による光合成は重要な要素であるが、光合成には $ CO_{2} $ が必要である。そのため、 $ CO_{2} $ 濃度の高い800ppmにおいては褐虫藻による光合成活性が上昇したため、褐虫藻感染ポリプにおいては骨格成長低下が見られなかったことが考えられる。一方、1000ppmという高 $ pCO_{2} $ 下においてはどちらのタイプのポリプも有意な骨格成長の低下が認められたため、1000ppm以上の高い $ pCO_{2} $ 環境下ではポリプ骨格の成長に大きく影響を及ぼすことが示唆された。

図(1)-12 酸性化ストレスがコユビミドリシ初期ポリプの成長に及ぼす影響。縦軸はポリプ骨格の重量、横軸は実験に用いた海水のCO₂濃度を示す。灰色バーが褐虫藻有り、白色バーが褐虫藻無し。図中のエラーバーは標準偏差を示す。褐虫藻有りと無しのバーの上にそれぞれ示されているアルファベットについては、異なるアルファベットは有意差があることを示す。

## （４）栄養塩負荷の影響評価

## 1 ）閉鎖系実験

飼育実験開始時における栄養塩添加区と対象区の稚サンゴは、表面積、CIともに有意な差はなく、平均するとそれぞれ0.91 mm²、38であった（表(1)-2）。飼育期間中はすべての稚サンゴが順調に成長し、致死率は0%であった。飼育終了時のサンゴの表面積は、対象区に比べて栄養塩添加区で有意に大きく、10日間の平均成長速度は4.0%/dと計算された。また、表面積と骨格乾重量の間には良い正の相関が見られたことから（図(1)-13）、栄養塩添加はサンゴの見かけの大きさ（投影表面積）だけでなく炭酸カルシウム形成速度も促進したと考えられる。褐虫藻のクロロフィルと骨格成長速度の間には正の相関が見られたことから（図(1)-14）、栄養塩による成長促進効果
として次のような可能性が示唆された。①栄養塩吸収に伴って褐虫藻の光合成産物は窒素やリンをより多く含むようになり、褐虫藻の細胞分裂が活性化した $ ^{25),47} $ 。②その結果、面積当たりのクロロフィル量が増大し、褐虫藻の光合成速度が増加することによって無機化学的な石灰化促進効果が強く働いた $ ^{56} $ 。③褐虫藻から宿主サンゴへの有機物移行によって、動物体サンゴの細胞合成や骨格形成に必要な有機基質の合成が活発化した $ ^{32),68} $ 。これらはいずれも先行研究から推察される可能性であるが、稚サンゴが成長するためには褐虫藻、宿主サンゴ、炭酸カルシウム骨格のすべてが同調して成長していく必要があり、上記の3つの過程すべてが栄養塩によって促進された可能性が高い。

表(1)-2 閉鎖系実験開始時と終了時の稚サンゴ基本データ（カッコ内は標準誤差、n=15）。 $ ^{*} $ : p < 0.05, $ ^{**} $ : p < 0.01

対象区	栄養塩添加区
0日目	10日目	0日目	10日目
表面積(mm²)	0.92 (0.04)	1.06 (0.05)	0.90 (0.03)	1.25 (0.04)**
成長速度(%/d)	1.6 (0.2)	4.0 (0.2)**
骨格乾燥重量(μg)	188 (10)	217 (8)*
クロロフィル指数	37 (2)	44 (2)	39 (2)	67 (1)**

図(1)-13 実験終了時における各稚サンゴの投影表面積と骨格乾燥重量の関係
図(1)-14 栄養塩実験終了時における各稚サンゴのクロロフィル指数と成長速度の関係

栄養塩がサンゴの石灰化にどのような影響を与えるのかという問題については、これまで比較的負の効果が指摘されるケースが多く、そのメカニズムとしては栄養塩吸収で過度に増大した褐虫藻の光合成活性によって、石灰化に利用されるはずの溶存無機炭素までもが奪われてしまい、結果的に石灰化速度が低下するという仮説が立てられた $ ^{39),46} $ 。しかし一方で、本研究と同様に栄養塩によって石灰化が増加したとする先行研究も見られ $ ^{41),42} $ 、いまだに詳細なメカニズムの解明には至っていない。負の影響を報告する研究の多くは非現実的に高濃度の栄養塩条件下で実験を行ってきたことが問題点の一つと考えられ、今後は本研究のようにサンゴ礁の現実的な栄養塩環境を想定した、比較的低レベルな栄養塩負荷実験を積み重ねていく必要がある。

## 2 ）連続流水系実験

対象区に比べて栄養塩添加区では稚サンゴの周囲に底生藻類が多く繁茂した。顕微鏡観察の結果、一部の共生型サンゴではこの底生藻類を上手く除去しながら骨格成長をしている様子が見られたが（図(1)-15a）、非共生型ではそのような様子は見られず、どの個体も底生藻類が密着していた（図(1)-15e）。共生型サンゴをさらに詳しく観察すると、サンゴ骨格と周囲の底生藻類の間には透明なスペースが確認できた（図(1)-15b）。共生型サンゴは褐虫藻の光合成によって多くの有機物を獲得することができるため、その有機物をもとに合成するサンゴ特有の粘液状物質の分泌などによって、周囲の底生藻類を除去することができたと推測される。しかし一方で、底生藻類によって部分的に被覆されてしまう個体や（図(1)-15c, f）、あるいは完全に被覆され死に至る個体も確認できた（図(1)-15d）。底生藻類に全く被覆されていない状態を"normal"と定義すると、実験終了時において共生型サンゴ対象区（SC）のすべての個体が"normal"であったのに
対し、SL区・SH区では47%の個体に底生藻類による被覆が見られた。非共生型では対象区（AC）においても20%の個体に被覆が見られ、AH区においては40%まで増加した。栄養塩添加が底生藻類の繁茂を促進し、稚サンゴの生残率を低下させたと考えられる。

稚サンゴの成長と栄養塩のより直接的な関係を評価するため、「normal」と判定された個体のみを抽出して解析した結果、一部の共生型サンゴでは栄養塩によって成長速度が大きく増加したものの、統計的に有意な成長促進効果は確認できなかった（図(1)-16）。上述の閉鎖系実験では栄養塩吸収によって有意な成長速度の増加が見られたことから、連続流水系実験では底生藻類の増殖がサンゴの成長を妨げたと考えられる。非共生型サンゴでは褐虫藻がいないため栄養塩を吸収することができないと考えられ、予想通りどの個体も成長速度の増加は見られなかった。また、共生型サンゴの平均成長速度は非共生型に比べて有意に高く、褐虫藻の存在が稚サンゴの成長速度を増加させる大きな要因であるといえる。

b

d

e

図(1)-15 (a)栄養塩添加区において順調に育つ共生型稚サンゴ（SH区、6日目）。縮尺は図(1)-2と同じ。(b)写真(a)の黄色四角部分の拡大図。サンゴ骨格の端と底生藻類の間に隙間が確認できる。(c)共生型サンゴの一部が底生藻類によって被覆されてしまった様子（SL区、6日目）。ポリプ中心部はサンゴの組織がまだ残っているように見える。(d)底生藻類によって完全に被覆されてしまった共生型稚サンゴ（SH区、10日目）。(e)栄養塩添加区において順調に育つ非共生型稚サンゴ（AH区、10日目）。(f)非共生型稚サンゴを底生藻類が部分的に覆ってしまった様子（AH区、10日目）。
図(1)-16 “normal”と見なされた共生型(a)・非共生型(b)稚サンゴの平均成長速度の分布。それぞれのプロットがサンゴ個体を示す。

## 3 ）栄養塩負荷に関する統合評価

本研究結果をまとめると、適度な栄養塩負荷は共生型稚サンゴの成長速度を高める効果を持つが、同時にサンゴ周囲の底生藻類の繁殖も促し、サンゴの成長を阻害することが示された。実際のサンゴ礁では、草食動物が底生藻類を減少させるため、サンゴに対する負の効果は軽減されると考えられる $ ^{69} $ 。つまり、栄養塩負荷環境下では底生藻類に対する捕食圧がどれだけ働くかが、稚サンゴの成長や生残を左右する大きな要因となるであろう（図(1)-17）。このように栄養塩負荷が直接的ではなく間接的にサンゴの成長に悪影響を及ぼすという概念は、サンゴ礁生態系としても報告されており、今回の研究結果は顕微鏡下のミクロな視点で栄養塩負荷時のサンゴ一底生藻類間関係を明示したといえる。また本研究は、着底直後の稚サンゴにとっては褐虫藻の獲得が底生藻類との競合に勝つ重要な条件である可能性を示した。造礁サンゴの中には、褐虫藻を親サンゴから受け継ぐ幼生もいるが（垂直伝播）、世界で最も多様といわれるミドリイシ科サンゴはそのほとんどが世代ごとに（着底後に）褐虫藻を海水中から獲得する必要がある（水平伝播）。従って、サンゴ礁に対するストレス応答評価としては、稚サンゴの成長速度や生残率だけでなく、海水中を浮遊する褐虫藻の生態生理・ストレス応答なども重要な評価項目と考えられ、今後の課題である。