サンゴ礁の回復力
サンゴ礁の自己修復能力

サンゴ礁の回復力とは、嵐や白化現象などの自然および人為的撹乱からサンゴ礁が回復する生物学的能力です。 [1]回復力とは、変化に抵抗したり適応したりすることで主要な機能を維持し、圧力やストレスを克服する生物または社会システムの能力を指します。 [2]サンゴ礁の耐性は、サンゴ礁が海洋化学、海面、海面温度の変化にどれだけ耐えられるかを測定します。[3]サンゴ礁の耐性と回復力は、海洋酸性化の影響からのサンゴ礁の回復において重要な要素です。自然のサンゴ礁の回復力は、サンゴ礁の回復モデルとして、また海洋保護区（MPA）における管理の機会として活用できます。

耐熱性

多くのサンゴは、光合成による栄養摂取を褐虫藻と呼ばれる共生藻類に依存しています。サンゴは、総栄養分の約60～85%を共生褐虫藻から得ています。[4]海面温度のわずかな上昇が褐虫藻の死滅を引き起こす可能性があります。サンゴの宿主は褐虫藻を失うと白化します。遺伝子グループ (系統群A ～ H ) によって決まる共生細菌の違いが、サンゴの耐熱性を説明している可能性があります。[5]研究により、一部のサンゴには耐熱性のある褐虫藻の系統群が含まれていることが示されています。主に系統群 D の共生細菌と、特定の種類の耐熱性系統群 C の共生細菌を含むサンゴは、同じストレス要因を経験している他のサンゴほど深刻な白化を回避できます。[6]サンゴの耐熱性が共生菌の混合や移行によるものか、それとも耐熱性がある褐虫藻と耐熱性がある褐虫藻のどちらかによるものか、科学者の間では依然として議論が続いている。複数の種類の褐虫藻を宿すサンゴ種は、1～1.5℃の温度変化に耐えることができる。[6]しかし、複数の種類の褐虫藻を宿すサンゴ種は知られていない。サンゴの白化現象が複数回発生した後、サンゴはクレードDの共生菌を含む可能性が高くなる。[6]

サンゴ礁の回復

耐熱性褐虫藻を「植え付けた」サンゴは、より耐性が増し、サンゴの白化に抵抗できるようになる可能性がある。

地中海産サンゴの一種Oculina patagonicaに関する研究[7]では、サンゴ骨格に内生藻類が存在することで、白化後の回復につながる追加エネルギーが得られる可能性があることが明らかになっています。 [8]白化現象の間、褐虫藻の喪失によりサンゴ組織による光吸収量が減少し、より多くの光合成活性放射線がサンゴ骨格に浸透します。サンゴ骨格への光合成活性放射線の供給量が増えると、内生藻類のバイオマスと光合成産物の生産が増加します。[8]白化現象の間、褐虫藻へのエネルギー供給が減少するにつれて、光合成性内生藻類のサンゴ組織へのエネルギー供給が増加します。この追加エネルギーが、白化現象後のO. patagonicaの生存と急速な回復を説明できる可能性があります。[8]オーストラリア研究評議会による研究では、成長の早いサンゴの減少が、残存するサンゴの回復力の低下につながる可能性があると示唆されています。この研究はカリブ海とインド太平洋の両方で実施さ​​れ、植食性のプロセスと藻類ブルームの発生率といったいくつかの要因に基づいて、後者は前者よりも回復力が高い可能性があるという結論に達しました。[9]

サンゴの白化が生物多様性に与える影響

ブダイ

サンゴの白化現象は、サンゴ礁へのストレスがもたらす大きな影響です。顕著な温度変化、汚染、その他の環境条件の変化による白化現象はサンゴの健康に有害ですが、ストレスが慢性的でなければ、サンゴは白化現象から回復することができます。[10]サンゴが長期間にわたって深刻なストレスにさらされると、サンゴの生存に不可欠な栄養源である褐虫藻の損失により、サンゴが死ぬことがあります。[11]サンゴの白化、劣化、死は、周囲の生態系と生物多様性に大きな影響を与えます。サンゴ礁は、サンゴ礁の健康を維持するためにさまざまなサービスを提供する無数の生物を宿す、重要で多様な生態系です。例えば、ブダイなどの草食のサンゴ礁の魚は、大型藻類のレベルを維持しています。海藻の維持は、サンゴなどの基質探索型生物が定着・繁殖するための空間競争を減少させ、より強固で回復力のあるサンゴ礁を形成するのに役立ちます。[12]しかし、サンゴが白化すると、生物はサンゴ礁の生息地を離れることが多く、その結果、サンゴ礁がこれまで提供していたサービスが失われてしまいます。サンゴ礁はまた、世界中の多くの人々が漁場に依存して生計を立てているため、食料供給など、多くの生態系サービスも担っています。一部のサンゴ種は、短期間であれば海面水温の上昇にも耐性があることが示されています。[13]

自然災害

病気、嵐、潮汐による表面上昇などの自然現象はサンゴを劣化させます。微生物病原体によるサンゴの病気の発生頻度は長年にわたって増加しており、サンゴ礁の死亡率に影響を与えています。[14]細菌、真菌、ウイルス、寄生虫による感染は、生理学的および形態学的影響をもたらす可能性があります。最も一般的なサンゴの病気には、黒帯病、白痘病、白疫病、白帯病などがあり、いずれも組織の劣化とサンゴ骨格の露出を伴います。[15]これらの病気は健康なサンゴ礁の間で急速に広がる可能性があり、嵐などの擾乱による被害を受けやすくなる可能性があります。サイクロンやハリケーンなどの嵐は、サンゴ礁に物理的な破壊を引き起こし、堆積物の変化を引き起こす可能性があります。[16]これらの擾乱によって生じる強い波はサンゴに衝突し、サンゴを剥離させるだけでなく、サンゴ礁が流出した堆積物や淡水と接触する原因となる可能性があります。干潮時には浅瀬のサンゴ礁が紫外線や熱から保護されなくなり、サンゴはストレスを受けて乾燥し、長時間さらされると褐虫藻を排出する可能性があります。[17]

人為的撹乱

人為的要因はサンゴ礁の劣化に寄与し、その回復力を低下させている。サンゴを劣化させる人為的要因には、汚染、沿岸開発による堆積物、化石燃料排出の増加による海洋酸性化などがある。炭素排出は海面水の温度上昇と酸性化を引き起こす。[18]化石燃料の燃焼は、二酸化炭素などの温室効果ガスを大気中に排出する。海洋は排出された二酸化炭素の一部を吸収し、海洋で起こる自然現象に悪影響を及ぼす。海洋酸性化は海水のpHを低下させ、サンゴの発達に不可欠な炭酸カルシウム構造の形成に悪影響を与える。[19]沿岸地域の開発により、化学物質や栄養塩による汚染が周辺海域に流出する可能性がある。栄養塩による汚染は水生植物の過剰繁殖を引き起こし、サンゴを空間、栄養塩、その他の資源の獲得に追い込む能力を持つ。[20]時折、人間や家畜の排泄物に含まれる病原体を含む水の流出がサンゴに大規模感染し、サンゴ礁に損害を与えることもあります。[21]プラスチック汚染もサンゴ礁の回復力に影響を与える人為的な撹乱です。サンゴはマイクロプラスチックを餌と認識して摂取するため、消化器系が実際には充血しているにもかかわらず、満腹感を感じることがあります。マイクロプラスチックはサンゴの外側に付着してサンゴを刺激し、適切な餌へのアクセスを妨げることもあります。[22]大きなプラスチック片もサンゴにとって危険であり、サンゴの構造に引っ掛かり、プラスチックに含まれる病原体による病気のリスクを高めます。[23]

乱獲もサンゴ礁に壊滅的な影響を与える可能性がある。サンゴ礁は食糧安全保障を担っているため、乱獲されることが多く、その結果、サンゴ礁の生態系は一度損傷すると再生できなくなる可能性がある。[24]漁業活動は、網、釣り糸、罠などの漁具によってサンゴ礁に直接的な損害を与える可能性があるため、修復は困難な場合がある。さらに、サンゴ礁に貴重なサービスを提供する草食魚の減少など、海洋生物の顕著な変化は、生態系全体の機能を低下させる可能性がある。[25]サンゴ礁を劣化させるもう1つの人為的要因は、底引き網漁である。これは、サンゴ礁の生息地やその他の底質に生息する生物を海底から削り取る漁法である。底引き網漁は、サンゴの物理的な破壊とストレスを引き起こし、サンゴの破損や褐虫藻の排出につながる。底引き網漁と同様に、漁業に使用される岩礁投錨は、錨、ケーブル、チェーンの重量が重いため、これらの脆弱なサンゴ礁に物理的な損傷を与える可能性があります。[26]サンゴ礁が岩礁投錨のような物理的損傷に定期的にさらされると、海洋酸性化に対する回復力が低下する可能性があります。

エコツーリズムは、サンゴ礁の劣化に寄与するもう一つの人為的要因です。エコツーリズムの実施中、人間はサンゴ礁の一部を誤って触ったり、汚染したり、破壊したりすることでサンゴにストレスを与え、侵入を防ごうとするサンゴの白化現象を引き起こすことがあります。[27]しかし、エコツーリズムは人間がサンゴに触れるほど近くにいる場合にのみ有害となるわけではありません。日焼け止めに含まれる有害化学物質や、観光産業による堆積物など、直接的ではない影響も、取り返しのつかない影響を及ぼす可能性があります。[27]宝飾品製造業や水族館産業も、過剰な採取や乱獲によってサンゴ礁に悪影響を及ぼす可能性があります。これは、サンゴ礁の生物多様性の低下につながり、採取されなかった周囲のサンゴにも損害を与える可能性があります。[28]

サンゴ礁の管理

サンゴの白化を防ぐため、科学者たちは、複数の種類の褐虫藻を宿主とすることができるサンゴに、耐熱性のある褐虫藻を「播種」する実験を行っています。[1]海洋保護区は、サンゴ礁の「免疫システム」を改善し、白化後のサンゴ礁の回復を促進するために、サンゴ礁回復力管理技術の適用を開始しています。[3]

ネイチャー・コンサーバンシーは、サンゴ礁の回復力の管理と促進を支援するモデルを開発し、継続的に改良を続けています。このモデルはサンゴ礁の回復力を保証するものではありませんが、理解しやすい管理モデルです。このモデルに概説されている原則は以下のとおりです。[29]

  • 効果的な管理：レジリエンスに基づく戦略は、健全なサンゴ礁を維持するための脅威を軽減することに基づいています。海洋保護区の効果的な管理を測定することで、適応的な管理が可能になります。
  • 代表性と複製：MPAネットワークにおいて、回復力のある種と生息地を代表性と複製性をもって配置することで、サンゴの生存が確保されます。MPAにおける管理において回復力のある種の存在は、サンゴを白化現象やその他の自然撹乱から守るのに役立ちます。
  • 重要地域: 保全優先地域では、サンゴ礁再生のための幼生発生源や魚の産卵のための生育生息地など、重要な海洋地域を保護します。
  • 連結性: サンゴ礁と周囲の生息地との連結性を維持することで、健全なサンゴ群集と魚類の生息地が確保されます。
  • 社会経済的基準:海洋保護区の管理においては、文化活動やレクリエーション活動などの社会的要因と、漁業や観光業などの経済的要因を考慮に入れる。

科学者たちは、スミソニアン国立動物園・保全生物学研究所と、環境保護団体「リバイブ・アンド・リストア」の資金提供を受けて、新たな技術を開発しました。この技術は「冷凍保存」と呼ばれ、サンゴの断片全体を凍結・解凍することで、サンゴ種の減少を遅らせ、損傷したサンゴ礁を回復させます。従来のサンゴ冷凍保存技術は、主に精子と幼生を凍結保存していたため、産卵は年に数日しか起こらないため、サンゴの採取が困難でした。また、頻繁な海洋熱波と温暖化によりサンゴは生物学的ストレスを受け、生殖組織が凍結・解凍できないほど弱ってしまうため、従来の技術は困難でした。この新技術は、特定の種の産卵を待ってサンゴの生殖組織にストレスを与えるのではなく、研究者や保護活動家が年間を通して作業できるため、より容易で迅速に作業を進めることができます。[30]

科学者たちは、エネルギー貯蔵とサンゴの摂食についても深く研究してきました。動物プランクトン、ブラインシュリンプ、藻類の摂食は、気候変動の厳しい影響に対する緩衝材として機能する可能性があります。サンゴへの摂食は、サンゴの組織バイオマスとエネルギー貯蔵量を維持し、窒素含有量を高めることで、褐虫藻の濃度を高め、光合成を促進します。[31] [32]また、摂食量の増加は、白化現象を起こし回復しつつあるサンゴの特定の種が、1日の代謝エネルギー必要量を超えることを可能にします。これらの結果は、CHAR（動物の1日の呼吸に対する従属栄養的に獲得された炭素の割合）能力の高いサンゴ種が白化現象に対してより耐性があり、優占種となり、影響を受けたサンゴ礁を絶滅から守るのに役立つ可能性があることを示唆しています。[33]

レジリエンス予測の進歩

最近の科学的発見の一つとして、熱ストレス条件に対するサンゴの回復力を予測するのに役立つ分子バイオマーカーが特定されました。2025年に「ネイチャー・コミュニケーションズ」に掲載された研究で、著者らはサンゴ内の特定のタンパク質発現パターンが熱波条件下での生存能力と関連していることを明らかにしました。これらのタンパク質シグネチャーの分析を通じて、研究者らは保全と回復を目標に、耐熱性のあるサンゴの種と個体群を特定し、優先順位を付けることができました。この手法は、現在進行中の気候変動問題下において、サンゴ礁の回復力を高め、管理戦略を改善するためのツールとなります。[34]

サンゴの回復力を高めるために、人工構造物を用いた実験が行われています。一つの方法は、3Dプリントされたサンゴの模型をサンゴ礁に植えることで、サンゴ礁生物の多様性を促進し、ポリプが付着して成長できるようにすることです。これらの3Dプリントされたサンゴ構造は、サンゴ礁生物の自然な行動に影響を与えず、成長と死亡のパターンを変えず、サンゴ礁コミュニティの正常な機能を可能にすることが示されています。[35]もう1つの方法は、3Dプリントまたは成形された炭酸カルシウム構造、成形コンクリート、大型沈没船など、さまざまな材料を使用して、サンゴ礁構造全体を作成して植えることです。[36] [37] [38]これらの人工サンゴ礁構造は、若いサンゴポリプが成長するための隠れ家と居住可能な領域を提供し、以前に白化したサンゴの回復を促進します。[39]

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