サンゴ礁の修復
サンゴ礁の修復
カリムンジャワのサンゴ礁での科学ダイビング

サンゴ礁修復戦略では、自然および人為的プロセスを利用して、損傷したサンゴ礁を修復します。[1]サンゴ礁は多くの自然的および人為的原因によって損傷を受けており、損傷を是正してサンゴ礁を修復するための取り組みが行われています。これには、成熟したサンゴを断片化し、その生きた断片をラインまたはフレームに配置し、断片が回復して成長するにつれて育成し、十分な大きさになったときに断片をサンゴ礁の最終的な位置に移植することが含まれます。これらの戦略は、海洋ベースおよび陸上ベースの方法を通じて、さまざまな形をとります。さらに、有性的な方法と無性的な方法の両方があります。これらの方法の使用は、生態系の生物多様性に悪影響を及ぼす可能性のある侵入種のリスクに関する懸念につながります。

背景

世界中の海洋生物の25%以上がサンゴ礁生態系に生息しています。[2]サンゴ礁は陸と海の間の重要な緩衝帯であり、暴風雨による被害や海岸浸食を軽減するのに役立ちます。[3]沿岸地域にとって、サンゴ礁は雇用やレクリエーションの機会を提供し、主要な食料源となっています。[3]世界中の沿岸地域において、サンゴ礁観光は経済活動の最大の原動力となっています。[2]さらに、サンゴ礁は主要な炭素吸収源であり、炭素隔離において重要な役割を果たしています。[4]サンゴ礁はまた、地域社会に食料へのアクセスと雇用機会を提供しています。[5]サンゴ礁が提供する生態系サービスから、毎年3,750億ドルの利益が得られていると推定されています。 [6]米国のサンゴ礁は、同国の経済生産高の約36億ドルを占めています。[7]サンゴ礁は、生態系サービスを通じて、世界で年間推定9.9兆ドルの経済生産に貢献しています。[2]

熱帯のサンゴ礁に最も多く生息するサンゴは、炭酸カルシウムでできた硬い骨格を作り、サンゴ礁の保護と構造を担うイシサンゴ（イシサンゴ）です。[ 8 ] [9]サンゴポリプは、褐虫藻と呼ばれる単細胞藻類と共生関係にあります。これらの藻類はサンゴポリプの組織内に生息し、光合成によってサンゴにエネルギーを供給します。一方、サンゴは褐虫藻に隠れ家と栄養分を提供します。[8]

サンゴを生育させるために設計された人工サンゴ礁の木。

1970年以降、世界のサンゴの半分が消滅し、2050年までにすべてのサンゴ礁が絶滅の危機に瀕しています。[10]将来もサンゴ礁の存続を確保するため、生態系を回復するための新たな方法が研究されています。サンゴ礁の修復には、サンゴ樹、ラインナーサリー、固定構造物などの人工サンゴ礁を設置する際に、断片化が最も一般的な戦略として用いられています。[11]

サンゴ礁への脅威

サンゴ採掘、底引き網漁、運河掘削、爆破漁業などの人為的活動は、サンゴの硬い炭酸カルシウム骨格構造を損傷し、サンゴ礁に物理的な混乱を引き起こします。

サンゴ礁へのもう一つの大きな脅威は、化学物質による劣化です。日焼け止めや塗料、内陸鉱山からの海洋汚染は、サンゴに有毒な化学物質を運び込み、サンゴの腐敗を招きます。サンゴの病気は、サンゴがストレスを受けている地域で多く発生し、ここ数十年で深刻度が増しています。[12]多くの場合、汚染の結果として、サンゴ礁の生態系で富栄養化が発生し、サンゴからの栄養が制限されます。沿岸域では、森林伐採、鉱業、農地の耕作や浸食などの変化が起こり、水柱に流入する堆積物の量が増加しています。これは堆積物負荷と呼ばれ、サンゴを直接窒息させたり、紫外線を遮ってサンゴの光合成を効果的に阻害したりします。

キーラーゴのサンゴの白化現象の画像。[13]

さらに、化石燃料の燃焼などの人間活動による二酸化炭素排出量の増加は、海水の酸性度に影響を与える可能性があります。海洋酸性化は、過剰な二酸化炭素が海水と反応してpHを低下させることで発生します。酸性条件下では、サンゴは炭酸カルシウムの骨格を生成できず、特定の褐虫藻は生存できなくなります。[14]

おそらく、サンゴ礁への最大の脅威は、地球温暖化です。ほとんどのサンゴは、水温4～5℃（39～41℉）の範囲にしか耐えられません。このような悪条件下では、サンゴは褐虫藻を排出し、白化現象を起こします。海水が許容温度範囲を超えて温まると、サンゴは死滅します。[15]グレートバリアリーフに関するある研究では、気温が3～4℃（37～39℉）上昇する極度の熱波の後、サンゴ礁の死亡率が50％に達することがわかりました。[16]今回のような白化現象が発生すると、被害を受けたサンゴは病気に対する感受性が増すため、現象後も死に続け、サンゴ礁が回復するには白化現象から数十年かかり、成長の遅いサンゴは多大なストレスにさらされます。[16]地球温暖化は、大気中に大量の温室効果ガスが放出された結果です。ある調査によると、約6億5500万人がサンゴ礁の近くに居住しており、これは世界人口の91%を占め、アメリカ合衆国、中東、中国などの先進国に居住している。また、この調査では、サンゴ礁の近くに居住する6億5500万人のうち、75%が途上国の住民であることも明らかになった。これらの途上国はサンゴ礁の生態系に依存しているにもかかわらず、温室効果ガス排出量のごく一部しか排出していない。排出量統計によると、先進国は途上国の約11倍の温室効果ガスを排出している。[17]

伝播方法

海洋ベース

サンゴポリプ[18]

世界中のサンゴ礁の再生を助けるためにサンゴポリプを培養するプロセスは、コーラルガーデニングとして知られています。小さなサンゴの断片を無性生殖によって完全に成熟するまで育てることがコーラルガーデニングの基本的な技術であり、主に海上または陸上のナーサリーという2つの方法が用いられます。

サンゴ礁の再生は、海洋式および陸上式の養殖場の利用を通じて行われています。海洋式養殖場では、サンゴの破片を水中で育成し、鋼鉄製の構造物に固定して、成熟するまで6～12ヶ月間成長を観察する手法が用いられます。成熟したサンゴは、新しいポリプコロニーを損傷したサンゴ礁に移植することができます。一方、陸上養殖場では、サンゴの破片を研究室や養殖場で育成するため、微細断片化などのプロセスを迅速化できます。ほとんどのサンゴは1年に約1インチしか成長しないため、サンゴ礁の再生には、より速い成長を実現する方法が重要です。さらに、陸上でサンゴを育成することで、気温の変化、捕食者、その他再生プロセスを妨げる可能性のある問題からサンゴを守ることができます。[19]さらに、 NOAAの支援により、カリブ海地域全体で4万以上のサンゴ礁が再生されました。[20]

断片化とは、野生のサンゴ群を小さな断片に分割し、これらの断片から新たなサンゴ群を育成する方法です。これらの断片化された群は、宿主群と遺伝的に同一です。[21]宿主群の最大75%を、成長率に悪影響を与えることなく除去することができます。[22]これにより、研究者は元の群の成長率や生存率への影響を最小限に抑えながら、あるいは全く影響を及ぼさずに、復元プロジェクトを進めることができます。断片化は、今日使用されているほぼすべての種類のサンゴ復元戦略で用いられています。以下に、断片化されたサンゴを育成するいくつかの異なる方法を概説します。[22]

断片化により、元のドナーサンゴと比較して生産性が約8倍向上します。ドナーサンゴに施される断片化の程度は、付着可能なスペースの量に基づいて決定されます。[22]断片化は大きな可能性を秘めていますが、病気や嵐のリスクが高い場合は、これらのストレス要因による潜在的なリスクを増大させるため、避けるべきです。この戦略は、断片化への適応性が低い種や成長速度が遅い種には最適ではない可能性があります。[22]

垂直線型保育では、サンゴの破片を水中に吊るしたラインに結び付けます。ラインの一方の端はブイに、もう一方の端は海底に固定します。このタイプの保育では、サンゴは水柱内の垂直線に直接結び付けられます。[23]

モルディブ島の近くに植えられたサンゴ

吊り下げ式ラインナーサリーでは、2つの垂直ラインナーサリーを互いに離して設置し、水柱内で垂直方向に平行になるようにします。そして、2つのラインナーサリーを垂直に結ぶロープで接続します。サンゴはこのロープに固定されますが、ロープから部分的に垂れ下がるため、ロープ自体との接触が少なくなります。サンゴと吊り下げ式ラインの接触が少なくなるため、サンゴの部分的な死亡率が低下します。[23]これらの構造物にはある程度の部分的な死亡率がありますが、研究によると、ナーサリー全体の生存率（垂直および吊り下げ式の両方）は高いことが示されています。ライン構造物でサンゴを育成すると、サンゴ群落と潜在的な捕食者や底生病との間の距離が長くなり、サンゴ同士が争う空間が少なくなります。ラインナーサリーで育ったサンゴは、初期の成長期間後に固定基質に移す必要がありますが、固定構造物で繁殖させたサンゴは無期限に成長することができます。[23]

固定構造の養殖場は、海底に固定されたフレームです。これらの養殖場は、PVC、プラスチックメッシュ、コンクリートブロックなどの材料で作られることが多いです。[24]

固定式ナーサリーで水平に育てられたサンゴと、ラインナーサリーで垂直に育てられたサンゴの成長率には、おそらく違いはありません。[1]ただし、これらのナーサリーの生存率はラインナーサリーよりも低くなります。2008年の研究では、固定式ナーサリーの生存率は43%であるのに対し、ラインナーサリーの生存率は100%でした。[23]固定式ナーサリーの初期死亡率は、サンゴが移植される時期によっても異なる可能性があります。新しく移植されたサンゴがさらされるストレス要因を制限することが重要です。[1]

「コーラルツリー」は、サンゴが水柱に完全に浮遊する、この種の初めての育成システムです。[25]低コストで材料が入手しやすいため、繁殖に理想的な方法です。[25]これらの育成システムは、波浪による損傷を受けにくく、底生捕食動物や病気との相互作用が少なく、他の海洋生物との絡まりのリスクも軽減されます（ライン型育成システムと比較）。これらの育成システムは1か所に固定されるため、海底への影響は最小限に抑えられ、持ち運び可能で1人で容易に運搬でき、水深が問題になる場合でも容易に調整できます。[25]

陸上ベース

サンゴ育成場として知られる、陸上の広い長方形の盆地で成長するサンゴの微小破片の眺め。
成長するサンゴの微小断片を備えた陸上サンゴ育成場

陸上のサンゴ苗床は、サンゴを適切な大きさに成長させてから植え付けます。循環する海水を満たした水槽は、サンゴの苗木が成長するための人工的な場所を提供します。[26]植物苗床と同様に、サンゴ苗床は成長過程において嵐、捕食、その他のストレス要因からサンゴを保護します。また、耐性遺伝子型を選抜育種する場でもあります。陸上でのサンゴ育成技術には、サンゴの有性生殖と無性生殖が含まれます。これらを組み合わせることで、ストレス要因に対する耐性が高まり、成長速度が速まるサンゴの育成が可能になります。[27]

無性生殖サンゴ

サンゴは無性生殖が可能で、1つのポリプが出芽して別のクローンポリプを形成します。マイクロフラグメンテーションと呼ばれる技術は、2006年にデイビッド・ヴォーン博士によって開発されました。これは、サンゴのクローン形成能力を利用してサンゴを繁殖させるものです。[28]マイクロフラグメンテーションとは、親サンゴのコロニーから生きたサンゴの小さな（1cm超）断片を作成するプロセスです。[26] これらの断片は、プラグと呼ばれるセラミックまたはセメント製のベースに固定され、陸上の育苗タンクに設置されます。[26]

この方法では、巨大な造礁サンゴが主に用いられます。なぜなら、この方法ではサンゴの成長速度が速まるからです。サンゴが丈夫なサイズに成長するまで数十年待つのではなく、数ヶ月で生存可能な標本が見られるようになります。[29] 2014年にデイビッド・ヴォーン博士が行った研究では、 Orbicella faveolataとMontastraea cavernosaというサンゴが、2年半でそれぞれ6.5倍と2倍に成長したことが記録されています。[30]この成長には、マイクロフラグメンテーション技術を使用しなければ数十年かかります。[31]これは、サンゴの治癒反応が速いためです。マイクロフラグメンテーションの過程で、コロニーが切断された部分に傷ついた縁が形成されます。これらの縁は、放射状に外側に広がり、プラグ状に定着し、最終的には海中に移植することで、急速に治癒します。同じ遺伝子型の複数の断片を融合させることで、より広いサンゴ被覆面積を実現できます。[29]

有性生殖サンゴ

サンゴは、散布産卵によって有性生殖を行います。サンゴの幼生は、水中で懸濁した配偶子束の受精によって形成されます。[26]陸上の保育施設では、どの個体が繁殖するかを制御することで、より回復力のあるサンゴを選抜的に繁殖させることができます。

野生におけるサンゴ配偶子の入手可能性は、環境要因に大きく依存しています。研究によると、産卵のほとんどは夕方の同じ時間に起こり、月の周期に依存していることが示されています。[26]最近の研究では、これらの環境制御を模倣することで、サンゴの生育環境で産卵を誘発する試みが行われています。

伝播に関する懸念

繁殖法によるサンゴ礁再生には、潜在的なリスクが伴います。主な懸念事項の一つは、サンゴの遺伝子組み換えが生態系の一部に過度な影響を与える可能性があることです。[32]これは、他のサンゴ礁や養殖場から移植されたサンゴを通して意図せず起こることが多く、特定の種に生態系内の他の種との競争に有利な形質を与える可能性があります。[32]これにより、侵入種や外来種 の問題が生じる可能性があり、直接的な相互作用または間接的な結果を通じて他の種に影響を及ぼす可能性があります。[33]直接的な相互作用とは、捕食または競争の例を指し、間接的な結果とは病気の例を指します。[33]

修復戦略

サンゴの再生は40年以上前から行われています。[26]特定の場所に最適な再生戦略を決定する際には、すべての方法を比較対照することが重要です。[23]戦略の有効性は、育成場が存在する生息地、環境条件、年間の条件の変化、そして選択された育成場の構造によって異なります。[23]

サンゴ礁再生のためのサンゴ園芸は、いかなる規模であれ、枯渇した種を救うことはできないかもしれません。むしろ、サンゴ種のより大きな遺伝子プールを再構築し、自然回復を促すような再生戦略を用いるべきです。これにより、サンゴは有性生殖を行い、時間の経過とともに自然に回復することができます。サンゴ園芸とサンゴの繁殖が重要なのは、サンゴの断片が生き残る方が、初期のサンゴがサンゴ礁環境に定着するよりもはるかに容易だからです。[24]

サンゴの保存場所を設けることは、サンゴの死滅後に種の再導入を促進することができます。これらの保存場所は回復の手段となるだけでなく、孤立したサンゴ個体群の遺伝子プールを大幅に強化することもできます。[34]これらの遺伝子プールを強化することで、サンゴの将来的な生存率の向上が期待できます。[24] ある研究では、極度の冷水現象によりその地域のサンゴの個体群の約43%が死滅した後、ミドリイシの養殖場を保存場所として使用したことが明らかになっています。これらの保存場所からサンゴを再導入することで、健康なサンゴ組織がサンゴ個体群に再導入され、自然繁殖が促進されました。[34]

これらの取り組みは、流域管理、持続可能な漁業、海洋保護区の設定といった取り組みと並行して実施されるべきです。サンゴ園芸は、枯渇したサンゴ礁に新たな魚類や無脊椎動物の生息地を迅速に創出するなど、間接的な利益ももたらします。これらのサンゴ礁再生方法は、市民科学の機会も創出し、地域社会がサンゴの再生と保全に関与する機会にもなります。[24]

参照

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