長崎大学 大学院水産・環境科学総合研究科附属環東シナ海環境資源研究センター 石松研究室

研究内容

研究内容

1.海洋酸性化が海洋生物に与える生理学的影響

 大気中の二酸化炭素濃度は産業革命当時の280ppm (0.028%) から2010年現在で380ppm (0.038%) へと急速に上昇しています。酸素が空気中に約21%含まれるのと比べると、二酸化炭素の濃度はごく僅かですが、その二酸化炭素が石油・石炭の燃焼などによって増加することによって、地球の気候が急速に変化しようとしています。二酸化炭素の増加による温暖化は良く知られていますが、もう一つ特に最近大きな注目を集めている二酸化炭素による環境変化があります。それが海洋酸性化とよばれる現象です。二酸化炭素は酸素と比べて約30倍も水に溶けやすく、海洋の表面を通して海水に溶解し、炭酸を生成することによって海水のpHを低下させていることが知られています(海洋酸性化)。産業革命以降、世界平均で海洋表層水のpHは0.1下がったと考えられています。しかし、海洋酸性化が海にすむ様々な生物にどのような影響を与えるのかについては、まだほとんどわかっていません。私達は、今世紀末に予想される二酸化炭素濃度(最高で1000ppm = 0.1%)を持った空気を海水中に吹き込んで魚類やエビ、二枚貝、ウニなどを飼育しその影響を様々な角度から調べています。1000 ppmのCO2濃度を吹き込まれた海水のpHは8.1 (現在の海水pH) から7.8へと0.3低下します。僅か0.3のpHの低下が実は海洋生物に大きな影響を与える可能性があることを、私達の研究は明らかにしつつあります。

(1) 日本沿岸に広く生息するイソスジエビを1000 ppmの条件下で30週間飼育したところ、約半分が死亡し(対照区の生残率は90%)、成長も抑制され(特にメス)、抱卵にも影響があることを示す実験結果が得られています。また、1000 ppmで飼育したイソスジエビは30週間後には触覚が異常に短くなっていました(対照区の3分の1, 論文 Kurihara et al. 2008 J. Exp. Mar. Biol. Ecol.)。
(2) 2000 ppm (300年後に予測される大気中二酸化炭素濃度)では、マガキやムラサキイガイの初期発生に劇的な悪影響があり、マガキでは正常な貝殻をもつ幼生にほとんど育ちませんでした(実験区5%; 対象区70% 論文Kurihara et al. 2007 Aquat. Biol.)。ムラサキイガイでも殻の形成に形態異常がほぼ100%の個体で見つかりました(論文Kurihara et al. 2008 Aquat. Biol.)。
(3) しかし、二酸化炭素に強い生物ももちろんいます。動物プランクトンの一種Acartia tsuensisは、2380 ppmの環境で3世代飼育をしても、観察した全ての項目(生残・成長・抱卵数・孵化率など)で影響が見られませんでした(論文 Kurihara et al. 2008 Mar. Poll. Bull.)

 さらに、問題は海洋酸性化が水温上昇と同時に起こった場合に生物がどのような影響を受けるかです。これについては、現在投稿中のバフンウニを使った実験で、CO2単独(1000 ppm)だと卵巣の発達が1ヶ月遅れること、さらに水温2℃の上昇と組み合わせると卵巣の発達が遅れるばかりでなく、卵巣の中の卵の数が80%も少なくなることがわかりました(Kurihara et al. 投稿中)。            

このように海洋酸性化と海洋温暖化は将来の海洋生態系に深刻な影響を及ぼす可能性があります。また漁業や養殖業への影響も懸念されます。わたしたちは海洋酸性化と温暖化の生物影響を明らかにすることに全力を挙げて取り組んでいます。

2.トビハゼ・ムツゴロウの生理生態

 この研究は、1995年マレーシアのペナン島の干潟調査でスタートしました。2000年~2002年にはオーストラリアのダーウィンを中心とした地域で、さらに2003年~2005年には韓国南岸の干潟で調査を行いました。これらの海外調査と平行して私達の研究グループは、有明海のトビハゼとムツゴロウを対象として、主に再生産の行動と生態を探る研究を行っています。
 様々な研究テーマにチャレンジしましたが、最も大きな成果として挙げられるのは、干潟の泥の中に巣孔を掘って、そこに産卵する習性をもつこれらの魚類の卵が、どのようにして発育に必要な酸素を得ているのかを解明したことです。巣孔を満たしている海水はほとんど酸素を含んでいないため、この海水中に卵をおくと短時間で死滅してしまいますが、佐賀県芦刈町の協力で行った調査の結果、巣孔を守り卵保護をするトビハゼのオス親魚は、干潮で干潟が現れている間に空気を口に含んで産卵室に持ち込み、卵はこの空気の中で発育していることをつきとめました。確かにトビハゼ・ムツゴロウの卵は空気中で発育するのですが、空気中では決して孵化しません。この謎を解くにはさらに長い年月の努力が必要でした。そして終につきとめたのは、卵保護期間(約1週間)の最後、夕方遅くから夜間の満潮時に、巣穴を守っているオスが今度は産卵室から空気を口に含んで持ち出す行動でした。この行動は満潮時に起こるため、空気を持ち出すことによって産卵室内の水面は徐々に上昇していき、最後には全ての卵が水に漬かってしまったのです。水に漬かった卵は数秒という極短時間のうちに孵化しました!これらの行動はビデオで撮影され、学会やマスコミに大きな反響を引き起こしました。これらの成果は干潟脇にテントを張って、毎日頑張って研究をやってくれた学生諸君の努力の結晶です。またこれら一連の研究を始めるきっかけとなったのは、1995年ペナンで干潟から帰ってきた大学院生の「先生、巣穴の近くを歩くと中から泡がたくさん出てきます」という一言でした。最初のこの発見は、1998年にNatureに掲載されました。また有明海のトビハゼの空気を使った卵保護と空気を抜くことによって引き起こす卵孵化誘導行動は、2007年Journal Experimental Biologyに掲載されるとともに、2008年にはイギリスのBBCが現地で約2週間の取材を行い、2009年には全世界でBBC”LIFE”シリーズの一こまとして放送され、大きな話題となりました。また2008年には韓国のKBS、2009年にはフランス国営放送の取材も受け、世界中に情報発信することができました。

 現在取り組んでいるテーマは、空気中で発育するトビハゼの卵が、どのようにして窒素代謝物を排泄しているのか、また空気呼吸の獲得にともなってトビハゼ・ムツゴロウ類の血管系がどの様に変化してきているのか、などです。2011年からはベトナム南部、メコンデルタでの野外調査や中国揚子江干潟でのムツゴロウ調査などを計画しています。

ムツゴロウ 皮膚の毛細血管トビハゼ

3.メコンデルタにおけるMudskipper類生態調査

 平成23年度からベトナムカントー大学(Cantho University)との共同研究を開始しました。
メコンデルタの泥干潟域を主な調査地とし、海外研究者との共同調査によって、mudskipper類(トビハゼ・ムツゴロウ類の総称)の種組成、生活史・個体群密度・成長、生息域の物理化学環境、餌料生物(微小藻類ほか)の分類・増殖特性、およびmudskipper類による生物撹乱が微生物群集に与える影響、等を明らかにし、これらを通して、メコンデルタでのmudskipper類の生態ほかの生物学的情報を集積し、ベトナムで食料として重要な位置を占めるmudskipper類の資源保護と持続的利用のための基礎的知見を提供するためです。

 カントー大学側の協力研究者は、College of Aquaculture and FisheriesのTran Dac Dinh准教授、Ha Phung Hung講師、それに若いスタッフおよび大学院生の諸君です。具体的には、メコン川河口域周辺で大規模に養殖されているmudskipperの一種、Pseudapocryptes elongatusの産卵生態、養殖池の微生物相などの環境要因の解析、さらには人工種苗生産技術の確立を目指しています。また、ベトナム南部にはBoleophthalmus boddarti, Oxuderces dentatus, Periophthalmus chrysospilos, Scartelaos histophorusなど、mudskipper類の環境適応と進化を知る上で貴重な材料となる種が分布しており、これらの種についてもフィールドワークを進めています。

4.赤潮プランクトンによる魚類の斃死機構

 赤潮は世界中で莫大な数の海の生物に被害を与えている、解決の非常に困難な問題です。私たちは、赤潮プランクトンの中でも養殖魚類を殺すことで知られているシャットネラ・マリーナ(Chattonella marina)を取り上げ、魚類の斃死機構について研究してきました。この研究は2002年度をもって一応終了しましたが、2009年・2010年と2年連続して起こった、九州西岸における大規模赤潮(被害額はそれぞれ30数億円と50数億円といわれています)を受け、2010年から研究を再開しました。

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