水中ドローンで広がるサンゴ礁の生物多様性研究

背景

メソフォテック（中有光性あるいは準深海）サンゴ生態系には、世界でも有数のさまざまなイシサンゴ（Scleractinia）が生息しており、研究者にとって特に重要な場所となっています。また、浅瀬のサンゴ生態系に比べ、より多くの固有種が生息しているのも特徴です。しかし、準深海サンゴ生態系は水深30～150メートルと、深いところにあることが多いため、観察を困難にしています。

サンゴを正確に観察するには、「スキューバダイビング」と「分類学」の両方の技術が必要で、そうした人材を確保することは困難な場合があります。そのため、既存の方法では、準深海サンゴ生態系を徹底的に調査するには限界があり、新たな方法が必要とされています。

研究チームは、ミニ ROV（小型遠隔操作車、通称 水中ドローン）を使って、環境DNA（eDNA）を分析するという革新的な解決策を見出しました。この場合のeDNAは、サンゴが水中に放出する遺伝物質のことで、それを収集・分析することで、直接観察することなく、準深海環境に存在する複数の生物の種類を特定できるようになりました。これにより、これまでアクセスが困難だった生物多様性のホットスポットの研究が容易になります。

沖縄科学技術大学院大学（OIST）マリンゲノミックスユニット、琉球大学、NTTコミュニケーションズの共同研究チームは、水中ドローンと環境DNAのメタバーコーディング法を組み合わせ、準深海サンゴ生態系を観察する強固なシステムを構築しました。研究成果は、学術誌『Coral Reefs』に掲載されました。

方法論

沖縄本島北部の本部半島近くに広がるシゲオリーフの4か所を調査しました。2か所は水深約35～45メートル（SR1とSR2）、さらに深い2か所は水深約54～59メートル（SR1とSR2）。各地点から、水中ドローンで海水サンプルを採取しました。サンゴのeDNAを保護するために、サンゴ礁の約0.5～1メートルほど上の海水を採取し、慎重に保存しました。

研究チームは、サンゴの種類を特定するためにミトコンドリアDNAを分析しました。精度を向上させるため、サンゴの完全なミトコンドリアゲノムを使用したカスタムデータベースを作成しました。このデータベースは、eDNA配列の特定に役立ち、サンプル中のサンゴ属を正確に特定・分析することができました。

調査結果

環境DNA分析と水中ドローンによる観察により、各調査地点で異なるサンゴ群集が生息していることが明らかになりました。SR1は、ミドリイシ属（Acropora）、トゲサンゴ属（Seriatopora）、リュウモンサンゴ属（Pachyseris）などの複数のサンゴ種が豊富で、マンジュウイシ属（Cycloseris）やアザミサンゴ属（Galaxea）も若干存在していました。SR2は、トゲサンゴ属（Seriatopora）が優占し、アザミサンゴ属（Galaxea）も若干存在していました。SR4では、アワサンゴ属（Alveopora）を筆頭に、さまざまな種類のサンゴが共生する多様なコミュニティが見られました。一方、SR3ではサンゴの被度は最も低く、ハナガタサンゴ属(Lobophyllids)やマンジュウイシ属（Cycloseris）が少数見られるのみでした。これらの地点で多様な分布が確認されたことから、これらの場所は新しいDNA採取方法の有効性を検証するのに理想的な場所となりました。

重要な点は、環境DNAのメタバーコーディング法による分析結果が、4地点すべてで、過去に行ったサンゴ種の観察データと一致したことです。ただし、この技術にも限界はあります。場合によって、eDNA分析では近縁のサンゴ種を区別できず、また、サンプリングの成功率は場所によって異なりました。こうした課題はあるものの、今回の研究はサンゴ礁研究における重要な一歩となりました。海水サンプルからサンゴの種類を特定し、その存在を目視で確認できるこの方法は、サンゴ礁の健康状態や生物多様性を観察する上で、これまでアクセスが難しかった場所でも活用できる、貴重な新ツールとなるでしょう。