• 気候変動は海洋の温暖化と脱酸素化につながり、酸素溶解度を低下させ、藻類に害を及ぼしている。
• KAUSTの研究者Taiba Alamoudiさんは、サンゴ礁生態系における藻類の役割と栄養循環への貢献について調査した。

スラファ・アルクナイジ

リヤド: 紅海の豊かな海洋生物は、生物多様性とデリケートな生息環境を守るためにバランスの取れた環境を維持することに依存しており、各生物種の生存は周囲の健全性と密接に結びついている。

この相互依存関係から、サウジアラビアの研究者は、生態系の変化における藻類の重要な役割を探り、特に暑い夏の間、夜間の低酸素が大型藻類や甲殻藻類に与える影響を調査することになった。

キング・アブドゥラー科学技術大学（KAUST）で海洋科学を専攻するサウジアラビアの博士候補生、タイバ・アラムーディさんと彼女の同僚たちは、藻類がサンゴ礁生態系でいかに重要な役割を果たし、栄養循環と安定に貢献しているかを調べた。

しかし、気候変動は海洋の温暖化と脱酸素に関係しており、成層度の上昇と酸素溶解度の低下を引き起こしている。

アラブニュースによると、「気候変動の影響と海藻のバイオテクノロジーの可能性」と題された彼女の研究の着想は、「サンゴ礁生態系で起きている相転移で、かつてサンゴが豊富だった場所を藻類が支配し始めた」ことにあるという。

彼女は 「温暖化した海では、藻類がサンゴよりも有利に見えるかもしれないが、状況はもっと複雑だと思う。藻類もサンゴと同様に、夜間の低酸素症（光合成は停止するが呼吸は継続する日没後の酸素濃度の低下）などの環境ストレスの影響を受ける」と述べた。

アラムーディさんの研究は、気候変動の中でバランスの取れた生態系とはどのようなものであるべきかを探求し、サンゴと藻類双方の脆弱性と強みについての理解を深めようとしている。

この洞察は、サンゴ礁生態系のダイナミクスをより深く理解し、サンゴ礁のバランスと健全性を将来にわたって維持するための、より効果的な戦略の開発をサポートするものである。

調査・研究の主な基準は、サンゴ礁との関わりと、紅海域での研究が限られているという2点だった。

「特に、サンゴ礁の形成と維持に重要な役割を果たす甲殻類サンゴ藻に重点を置きました」

「これらの藻類は細胞壁に炭酸カルシウムを沈着させ、天然のセメントとしてサンゴ礁の構造を強化し、サンゴの幼生が定住して成長するのに不可欠な基質を提供します」

研究者たちは、自然のサンゴ礁の酸素動態をシミュレートし、夜間の低酸素状態を再現するために「ガス緩衝法」を用いた。

特定の濃度の酸素、二酸化炭素、窒素ガスで海水ストックをバブリングすることで、セットアップの溶存酸素とpHレベルを必要な実験レベルに調整することができる。

この研究ではまた、藻類の健康と機能性への影響を評価するために、代謝呼吸率、酸素生産量、光合成効率、メタボローム過程を測定した。

さらに、「関連する微生物群集の変化を調べ、変色や組織の劣化などの視覚的な手がかりを観察する」とアラムーディさんは語った。

実験の結果、「大型藻類と甲殻類は、日中の大幅な酸素生産によって海洋温暖化の影響を大幅に緩和し、しばしば酸素過飽和をもたらし、サンゴ礁の回復力を高める 」ことが示された。

しかし、この恩恵は光合成が停止する夜間に相殺されるという。

気候変動は海水温を上昇させることで夜間の低酸素状態を悪化させ、酸素溶解度を低下させ、代謝速度を上昇させる。暖かい海水は溶存酸素の量を減らし、全体的な利用可能量を減らす。

「水温の上昇はサンゴ礁全体の代謝要求を高め、酸素消費量を増加させ、夜間の低酸素症を引き起こす」とアラムーディさんは言う。

「この低酸素ストレスは、藻類の生理学的プロセスや関連するサンゴ礁の微生物群集を破壊し、藻類をさらなるストレス要因に対してより脆弱にします。
藻類は現在のサンゴ礁の状態を維持するのに役立っているが、夜間の低酸素状態が長く続くと、サンゴ礁の拡大と長期的な生態系の活性化を支える能力が損なわれます」

「日中の恩恵と夜間の脆弱性のバランスを理解することは、真にバランスの取れた生態系を定義する上で極めて重要です」

日中は藻類による光合成によって酸素が生産され、消費量の増加を補うことができる。しかし、夜間は新たな酸素が生産されない一方で、生物による酸素消費量は増加し続ける。

「酸素溶解度の低下、代謝需要の増加、酸素生産量の減少が組み合わさることで、夜間の低酸素状態が悪化し、気候変動によって深刻なストレス要因となっています」

夏のピーク時には、低酸素症が悪化することが観察された。

「暖かい海水は酸素溶解度を低下させ、サンゴ礁群集の代謝速度を高め、酸素消費量を増加させます。夜間、酸素を作り出す光合成が行われないため、低酸素症が悪化するのです」

「その結果、海洋生物は最も暑い時期にストレスが増加し、涼しい季節に比べて低酸素状態に陥りやすくなります」

さらに、アラムーディさんの研究は、大型藻類や甲殻藻類の健康状態の変化が、海洋生物、特に草食性の種や無脊椎動物に連鎖的な影響を及ぼし、その個体数に影響を与える可能性があることを示している。

「サンゴの幼生の定着には、サンゴ藻が不可欠です。サンゴが減少すると、サンゴの加入やサンゴ礁の再生に支障をきたす可能性があります。これは、健全なサンゴ礁に生息地を依存している生物種に影響を与え、生物多様性を減少させ、生態系のバランスを変化させる可能性があります」

夜間の低酸素が藻類に与える影響を研究することで、アラムーディはこうした生態系の変化における藻類の真の役割を明らかにすることを目指している。

「サンゴと藻類の脆弱性と利点を理解することで、サンゴ礁生態系のダイナミクスをよりよく理解し、そのバランスと健全性を将来にわたって維持するためのより効果的な戦略を開発することができる」と述べている。

わずかな変動でも溶存酸素とpHレベルに大きな影響を与えるため、継続的なモニタリングが必要だったのだ。

さらに彼女は、「より深い海域からサンプルを採取するには、かなりの技術的リソースが必要でした」と付け加えた。しかし、彼女のチームはサウジアラビア国立野生生物センターとの協力により、これらの深海にアクセスし、必要なデータと標本を収集する ことができた。

アラムーディさんは、より深く、より低照度のサンゴ礁域に生息する中好性サンゴ藻が、浅海の種とは異なる反応を示すことが興味深いと語った。

「ミクロスケールの短期的な低酸素ストレスでさえ、大きな影響を及ぼす可能性があり、まだ広く研究されていない重大な生態学的結果につながる可能性があります」

このことは、異なる生息域に存在する微妙な環境ストレス要因を調査することの重要性を浮き彫りにしている。それは、サンゴ礁全体の健全性と回復力に影響を及ぼす海洋生態系の脆弱性を明らかにするかもしれないからだ。

アラムーディさんは、2024年ロレアル-ユネスコ科学における女性のためのプログラムの6人の受賞者の一人である。現在、イブン・シーナ特別教授カルロス・ドゥアルテの指導の下、博士課程の学生である彼女は、2018年にオレゴン州立大学で海洋生物学の学士号を取得した。

王国で環境コンサルティングと養殖業の経験を積んだ後、2020年にKAUSTに加わる。