研究室で培養された藻類が気候変動からサンゴを救うかもしれない

サンゴ礁が危機に瀕している。4月、オーストラリアの科学者らは、グレートバリアリーフが再び大規模なサンゴの白化現象に見舞われていると報告した。5年間で3度目だ。今年の白化現象は、サンゴ礁全体のサンゴの被覆率が半減した2016年と2017年の海洋熱波による白化現象よりもさらに広範囲に及んでいるようだ。

この傾向は世界中で見られ、海洋熱波の激しさと頻度が増しているのと並行している。たとえ今日、温室効果ガスの排出を止められたとしても、サンゴは不安定な未来に直面することになる。気温が数度上昇するだけで、サンゴの膨大な数が死滅する可能性があるのだ。そのため、一部の海洋生物学者は、これらの生物に時間を稼ぐ方法を模索している。そして、その方法の 1 つは、共生藻類を強化することかもしれない、とScience Advances 誌の新しい研究でわかった。

サンゴは実際には小さな動物で、クラゲやイソギンチャクの親戚である小さなポリプです。活気に満ちたサンゴ礁の基礎を形成する、岩が多く枝分かれした明るい色の構造は、硬い炭酸カルシウムの骨格を分泌する何千ものポリプで構成されています。その色は、細胞内に生息する褐虫藻と呼ばれる藻類に由来しています。藻類はサンゴに華やかさを与えるだけでなく、光合成によって生成される糖の形でサンゴに食料を提供します。その代わりに、サンゴは褐虫藻に隠れ家と二酸化炭素を提供します。

しかし、この海洋パートナーシップは熱波によって解消されます。気温が上昇しすぎると、藻類細胞の光合成が阻害され、活性酸素種と呼ばれる有毒な分子が生成され始めます。藻類はサンゴから抜け出し、白い骨格を残します。これがサンゴの白化です。水温が長時間高ければ、サンゴは餓死してしまいます。

メルボルン大学の生態遺伝学者マデリン・ヴァン・オッペンは、この共生関係を強化してサンゴをこの運命から救えるかどうかを調べるプロジェクトを率いている。新しい研究では、彼女とチームは褐虫藻のサンプルを採取し、それを研究室の10個のタンクに分けた。4年間にわたり、彼らは88ºFに保たれた温水で藻を育てた。この間、藻の入ったタンク1つあたり約120の無性生殖世代が経過した。これらの細胞分裂のそれぞれが突然変異の機会となり、新たな有利な形質が生まれる可能性があった。

研究チームがこれら 10 種類の実験室株と 2 種類の野生株を比較したところ、実験室株のほうが高温に対して耐性があることがわかった。88ºF では、熱で進化した藻類細胞は増殖し続け、野生株は減少した。

次に大きなテストが行​​われました。これらの耐熱性藻類はサンゴに利益をもたらすことができるのでしょうか? 研究チームは、実験室で採取した株と野生株の両方を幼生サンゴに接種して調べました。すべての藻類のうち、4年間の処理で得られた3つの株は、7日間以上温水でサンゴと共生し、サンゴの白化耐性を効果的に高めました。「これらの結果は励みになります」と、この研究には関与していないハワイ大学マノア校のサンゴ生物学者クリストファー・ウォールは言います。「一部のサンゴは、特殊な共生パートナーと関わることで耐熱性を獲得する可能性があることが示されています。」

ヴァン・オッペンは、サンゴの耐熱性を高めた3種類の藻類のうち1種類を遺伝子検査したところ、その仕組みの手がかりが見つかった。この藻類は、光合成速度を低下させ、二酸化炭素から糖を固定する遺伝子の活性を高めているようだった。ヴァン・オッペンによると、高温と明るい光の中で光合成速度が上昇すると、細胞は有毒な酸素分子を大量に生成する。「その[光合成の低下]を[藻類の]炭素固定速度を高めることで補うことにより、藻類は依然として優れた共生生物であり、依然として生産性が高く、サンゴに糖を供給できると考えています」とヴァン・オッペンは語る。

同じ藻類とサンゴの組み合わせで、彼女はこの進化した藻類がサンゴも強化していることを発見した。ヴァン・オッペンは、サンゴでは熱ストレス耐性をコードする遺伝子がより多く発現していることを発見した。「藻類は、サンゴが発現する遺伝子に実際に影響を及ぼす化合物を放出しているに違いありません」と彼女は言う。「これがサンゴを夏の熱波に素早く反応させる準備をさせると考えています。」

この研究結果は、サンゴに特殊な藻類を接種して、温暖な気温の時期を乗り切る手助けをする可能性について生物学者が理解するのに役立つだろう、とボストン大学でサンゴ礁の修復に取り組んでいる海洋生物学者で、この研究には関わっていないケイティ・レスネスキ氏は言う。「この研究結果は、これらの藻類の菌株が4年間でこのような進化を遂げる能力をより深く理解する上で大きな飛躍であり、サンゴがこのような菌株から実際に恩恵を受けることができるという事実をより深く理解する上でも役立つ」とレスネスキ氏は言う。

しかし、実験室で培養した藻類をグレートバリアリーフに散布する前に、科学者が答えなければならない疑問がさらにある。レスネスキ氏は、熱で進化した藻類はサンゴを熱に対して強くすることができるが、褐虫藻は病気への抵抗力など他の面では弱くなる可能性があると語る。ヴァン・オッペン氏はまた、研究室でテストした幼生ポリプだけでなく、成体のサンゴでも共生関係が維持されるかどうかを研究する必要があると付け加えた。

すべてがうまくいけば、世界が気候変動に対して行動を起こすまでの間、海洋生物学者はサンゴ礁に時間を稼ぐための新しいツールを手に入れることになるかもしれない。ヴァン・オッペンは、サンゴを実験室の藻類に浸し、熱波で壊滅的な被害を受けたサンゴ礁に再び種をまく大規模な養殖施設を構想している。

しかし、ヴァン・オッペン氏は、この方法が温室効果ガス排出対策に取って代わることは決してないと強調する。「たとえ進化の補助であっても、気候温暖化に対処しなければ、こうした介入は長期的にはサンゴを救うことにはなりません」と彼女は言う。「しかし、当面は、世界が気候温暖化に対処するまで、今世紀中に十分な数のサンゴが生き残るようにするために、こうした追加的なアプローチが必要だと考えています。」