【研究領域課題番号】21H04742 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

共生体 / 褐虫藻 / サンゴ / シャコガイ / サンゴ礁

【研究成果の概要】

海の熱帯雨林とも称されるサンゴ礁では、刺胞動物のサンゴや二枚貝のシャコガイが褐虫藻と呼ばれる微細な藻類と共生して繁栄している。本研究では、観察により得られた「現象」に関与する「物質」の詳細を明らかにし、それら物質の共生体内での「局在・分布・遷移」を可視化することで、生命現象が複雑に絡み合う褐虫藻共生システムを体系的に理解することを目的とする。令和3年度は主にシャコガイ類を用いて実験を実施した。シャコガイの生殖腺からDNAを抽出して次世代シーケンサーによる新規ゲノム解読に着手し、現在150を超えるコンティグを得ている。代謝物の解析はシャコガイの外套膜、生殖腺、中腸腺、腎臓、エラ、筋肉をそれぞれ個別に採取し、液体クロマトグラフ質量分析計や核磁気共鳴装置等の機器を用いて実施した。その結果、各部位ごとに特徴的な代謝物の存在が明らかとなったため、組織中での実際の局在をイメージング質量分析顕微鏡で確認した。また、外套膜由来の抽出物をゲル濾過によりサイズ分画してシャコガイから単離した褐虫藻培養株に添加した。添加後、褐虫藻の光合成活性を二次元イメージングクロロフィル蛍光測定装置により測定したところ、いくつかの画分で活性や増殖に影響が見られた。さらに、シャコガイ内で褐虫藻が共生する特殊な器官である共生藻管の分布を明らかにするため、小型のシャコガイを用いて３次元内部構造顕微鏡観察を実施した。シャコガイ内の褐虫藻の多くは外套膜に分布していたが、貝柱周辺やエラ基部などにも褐虫藻が存在することを確認した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2021-04-05 - 2025-03-31

【配分額】41,990千円 (直接経費: 32,300千円、間接経費: 9,690千円)

【研究分野】生態・環境

【研究領域課題番号】16H05772 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酸性化 / 温暖化 / サンゴ礁 / 気候変動 / サンゴ群集 / 進化 / 適応 / パラオ / サンゴ / 海洋酸性化 / 多様性 / 野外

【研究成果の概要】

サンゴ礁生態系は，大気CO2 濃度の増加による温暖化および海洋酸性化の影響を最も顕著に受ける可能性がある海域として危惧されている。しかしパラオ国沿岸にて海水中のCO2 濃度および水温が周辺海域よりも高いにも関わらず、高被度・高多様度のサンゴ群集が生息する湾（ニッコー湾）が発見された。このような環境は湾内の海水の滞留時間が2ヶ月以上と長く，湾内に生息サンゴの石灰化活動と有機物分解が関係していることが明らかとなった。さらに湾内に生息するサンゴは本湾の環境に適応している可能性が示された．これら結果からサンゴなどの生物は高水温・高CO2環境に対してある程度適応する能力を有する可能性が予測された。

【研究の社会的意義】

現在急速に進行している気候変動に伴って海洋の酸性化および温暖化はサンゴ礁域をはじめとする様々な生物や海の生態系に対して多大な影響を与える可能性が懸念されている。一方で本研究では，このような環境の変化に対してサンゴは順応あるいは適応する能力を有する可能性が示唆された。これら生物による環境変動に対する適応機構などが今後さらに明らかにされれば，学術的には環境の変動に対する生物の進化プロセスの解明につながることが期待される。さらに今後のサンゴ礁生態系の将来予測，さらにはサンゴ礁の保全や気候変動への適応策を講じる上で欠かせない科学的知見としての社会的意義が高い結果が得られたといえる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】水圏生命科学

【研究領域課題番号】25660172 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / サンゴ礁 / SNP / ストレス / サンゴ

【研究成果の概要】

地球規模の環境変動により、サンゴ礁が危機的な状況にある。サンゴのストレス耐性には共生する藻類が重要だと考えられているが、ストレス耐性は個体により著しく異なるのではないか、という仮説のもと、ストレスに耐性がある個体と敏感な個体を複数選別し、そのゲノム上の一塩基多型(SNP: Single Nucleotide Polymorphism)を比較することで、ストレス耐性に関わる遺伝子やゲノム領域の特定を目指した研究である。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】水工水理学

【研究領域課題番号】14205071 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

「サンゴ礁-藻場-干潟-マングローブ」統合生態系 / 物理環境特性 / 数値シミュレーションモデル開発 / リモートセンシング光学モデル開発 / 流域影響解析 / サンゴ礁間連結性 / オニヒトデ広域動態 / オニヒトデ幼生判別システム開発 / サンゴ / オニヒトデ / 物質輸送 / 数値シミュレーションモデル / 多重ネスティング / メタ個体群動態 / 遺伝子マーカー / LANDSAT画像解析 / 流域環境負荷 / 沿岸統合生態系 / 物質循環 / サンゴ幼生定着 / 衛星モニタリング / 海水流動・熱輸送モデル / サンゴ幼生広域輸送 / 遺伝子フロー解析 / サンゴ礁 / サンゴ群集代謝 / 流動モデル / リモートセンシング / サンゴ幼生加入 / オニヒトデ・モノクローナル抗体

【研究成果の概要】

1)石垣島・吹通川河口域と轟川河口域の「サンゴ礁-藻場-干潟-マングローブ」統合生態系を対象とした現地調査を行い,そこでの流動場や熱・物質輸送特性,およびサンゴ群集代謝などの基本特性を明らかにした.また,これらの浅水域での流動,熱・物資輸送過程を高精度でシミュレートできる数値モデルを開発した.2)従来の単純な海底反射率概念によらない光学的キャノピー層モデルを開発し,非線形逆推定モデルと組み合わせることにより,リモセン画像からサンゴや藻場のキャノピー層の厚さや密度,水深等を高精度で推定できるモデルを開発した.また,サンゴ礁内の赤土堆積の状況をモニタリングするためのリモセン画像解析法を開発した.3)石垣島・西表島および石西礁湖海域に関する過去の複数時点でのLANDSAT-TM画像を解析することにより,土地利用および植生被覆状態の経時変化特性を明らかにするとともに,表層土壌(赤土)流出特性とその経時変化に関する流域間比較,さらにはそれらと隣接サンゴ礁域におけるサンゴ被覆度や赤土堆積状態等の経時変化との対応関係を明らかにした.4)広域的なサンゴ礁間連結性の実態を解明する目的で沖縄本島西方海域を対象とした総合的な現地調査を行い,GPS搭載型小型漂流ブイ観測やHFレーダによる広域海洋表層流動観測,広域多点プランクトンネット採取等によって,慶良間列島から沖縄本島西岸域に向けてのサンゴ幼生の時空間的な輸送・分散過程およびそれを支配する海水流動構造の実態を明らかにした.そして,JCOPEモデルによる計算結果を同化させる形で黒潮影響を直接取り込んだ多重ネスティング海水流動モデルを開発することによって,この慶良間列島から沖縄本島西岸域に向けての幼生輸送過程を高精度に再現することに成功するとともに,それをもたらす海水流動パターンの発生メカニズムを明らかにした.さらに,この数値モデルによって,琉球列島全体にわたるより広域的なサンゴ礁間連結性の存在を明らかにした.5)現在,琉球列島で大発生しつつあるオニヒトデの広域動態を明らかにするため,従来不可能であったオニヒトデ幼生の判別システムの開発に成功するとともに,琉球列島でのオニヒトデ産卵期を特定し海水温との密接な関係を明らかにした.また,オニヒトデの広域的なメタ個体群動態把握のための遺伝子マーカーを開発することに成功した.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2002 - 2004

【配分額】49,010千円 (直接経費: 37,700千円、間接経費: 11,310千円)

【研究分野】自然地理学

【研究領域課題番号】08041100 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

サンゴ礁 / 二酸化炭素 / 環境変動 / サンゴ / オーストラリア / パラオ / 炭素循環

【研究成果の概要】

サンゴ礁は、光合成と石灰化とを通じて地球規模の炭素循環に関わっている.また炭素循環過程は、数1000年オーダーでの環境変動とそれに伴うサンゴ礁地形の形成とともに変化してきたと考えられる.本研究では,代表的な大陸型の堡礁であるグレートバリアリ-フと大洋島型の堡礁であるパラオ諸島とにおいて,サンゴ礁地形と生物分布,サンゴ礁上における生産速度,外洋-堡礁-ラグーン間での海水と炭素の収支、サンゴ礁地形の形成過程とサンゴ礁・サンゴに残された過去の環境変動の歴史について調査研究をおこなった.その結果以下のことが明らかになった.1)堡礁地形は礁原とラグーン(礁湖)とからなる.礁原はさらに海側から礁縁,礁嶺,礁舗,砂地に分けられ,顕著な地形/生物分帯構成をもっている;2)こうしたサンゴ礁地形とサンゴ分布の帯状構造は、空中写真と衛星によるリモートセンシングによって効果的に区分できる;3)堡礁の地形は8000年前以降の海水面の急激な上昇によって作られ,4000年前以降の海面安定とにともなって分帯構成が発達した;4)堡礁の礁原上では石灰化生産(130mmolCm^<-2>日^<-1>)を上回る純光合成生産(167mmolCm^<-2>日^<-1>)がある;5)生産された有機物は,これが堡礁礁原をこえる上げ潮,下げ潮の流れによって,溶存態/粒子状の形態で,外洋とラグーンに運搬される.

【研究種目】国際学術研究

【研究期間】1996 - 1997

【配分額】11,700千円 (直接経費: 11,700千円)