アオコのピークが近づいていますので、水に無差別に栄養分を加えるのはやめましょう。

夏が近づき、内陸の浅い湖では藍藻類の大量発生のピークが近づいています。これは地震や津波ほど激しくなく、毒蛇や毒獣ほど怖くないと考えないでください。非常に有害となる可能性があります。

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藻類ブルームとは何ですか？シアノバクテリアの大量発生とは何ですか?

藻類ブルームは「藍湖」とも呼ばれ、大規模な藻類やシアノバクテリアの繁殖によって富栄養化による水色の変色を引き起こす現象を指します。地球規模の気候変動が問題を悪化させています。藻類ブルームは主に淡水や海洋環境での藻類、珪藻類、その他の藻類やシアノバクテリアの大量繁殖によって引き起こされます[1][2]。その中で、シアノバクテリアの大量発生が最も一般的です。シアノバクテリアと呼ばれていますが、実際には緑、黄色、茶色、赤、ピンクなどさまざまな色があります[2]。

左と右の写真は、2 つの異なる地域で発生している青い藻類の大量発生を示しています。左の写真はケニアで撮影されたもので、右の写真は中国の太湖で撮影されたものです。 （画像出典：[2]）

シアノバクテリアの大量発生は、ドリコスパーマム、プランクトスリックス、ミクロシスティス、シリンドロスペルモプシス、ノジュラリア、トリコデスミウムなどのシアノバクテリアの大発生によって引き起こされることが多いです。

a.ロンギスポラ b.菌糸 c.ミクロシスティス d.シュードシプロディニウム e.ノジュラリア f.トリコデルマ（画像出典：[2]）

富栄養化した水域では、シアノバクテリアの大量発生は通常、短期間でシアノバクテリアが大量に増殖する形で現れ、水面に「浮遊膜」を形成します。この現象は、水域の富栄養化が効果的に制御されるまで周期的に繰り返されるでしょう。シアノバクテリアの急速な大量発生は、主に栄養繁殖と胞子繁殖という2 つのモードによって起こります。しかし、シアノバクテリアには、準性生殖などの他の生殖様式も存在します[1]。

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シアノバクテリアの大量発生のメカニズム

水域の富栄養化とは、リン肥料、窒素肥料等の施用により水域に栄養塩が蓄積する現象を指し、藻類やシアノバクテリアの大量増殖（アオコ）の主な原因と考えられています。注目すべきは、栄養素の濃縮は累積的であるため、環境モニタリングではその影響が過小評価される可能性があることである[3]。

主な要因としての栄養素に加えて、温度、海洋酸性化、生物学的相互作用（動物プランクトンの摂食など）、水力学なども、藻類ブルームの発生に影響を与える重要な環境的および生物学的要因であると考えられています[4][5][6]。藻類ブルームの形成と生態系への影響を総合的に研究し監視するためには、各栄養段階の変化と生態系全体の進化を長期にわたって追跡することも必要です[3]。

シアノバクテリアの大量発生に影響を与える要因に関する研究に基づいて、学者たちはその発生メカニズムについて、総窒素対総リン比仮説、水温上昇仮説、微量元素仮説、動物プランクトンの摂食仮説など、さまざまな仮説を提唱し、関連する検証を行ってきました[1]。

その中で、全窒素：全リン比仮説と低光強度仮説は広く議論され、実証的に研究されてきました。前者は、水中の全窒素と全リンの比率が約15 になると、海水と淡水の藻類が爆発的に増加すると考えています。これはアファニゾメノン[7]を用いて実験室で検証されている。さらに、適切な比率は藻類によって異なりますが、通常は29:1を超えることはありません[8]。後者は、シアノバクテリア細胞が多様な集光性色素を含んでいるため、異なる水深で生存でき、高い成長効率を持ち、藻類ブルームを形成しやすいと提唱した[9][10]。

これまでの研究では、一部の藻類の成長は富栄養化と関連しているのに対し、他の藻類は水温の上昇の影響をより強く受けていることがわかっています[11]。したがって、上記の仮説が特定の水域または特定のシアノバクテリア種にのみ当てはまるのか、あるいはシアノバクテリアの大量発生が複数のメカニズムによって引き起こされるのかについて、さらなる研究が必要です。

水温上昇の仮説と一致して、気候変動は植物プランクトンを含む海洋生物の繁殖と生存に影響を与えることが広く証明されています。言い換えれば、気候変動は藻類の大量発生、特に有害な藻類の大量発生の頻度と強度の増加につながる可能性が非常に高い[2][12][13]。

藍藻類の大量発生による汚染（著作権画像は図書館から提供されており、転載すると著作権侵害の恐れがあります）

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藻類の大量発生による被害

シアノバクテリアの大量発生は毒素を放出し、有毒な有害藻類ブルーム（HAB）を形成します。これは生態系の正常な機能を脅かすだけでなく、水質（水から悪臭が発生する）や漁業（水中の低酸素状態を引き起こし、大量の魚が死ぬ）にも影響を与え、人間の健康にも悪影響を及ぼします[2][14]。

シアノバクテリアは二酸化炭素を吸収して酸素を放出することができるが、微生物による分解過程で大量の酸素を消費し、魚類や底生無脊椎動物の死につながる可能性がある[15]。さらに、シアノバクテリアが合成する環状ペプチドやアルカロイド毒素は、鳥類やヒトを含む哺乳類の肝臓、消化器系、神経系に損傷を与える可能性がある[16][17]。

例えば、面積約2,400平方キロメートルの太湖は、春になると藍藻の大発生で湖全体が覆われることが多く、水質、漁業、観光業に深刻な悪影響を及ぼしています。 2007年には、ミクロシスティスによる有毒藻類の大発生が無錫市の住民の飲料水の安全性を脅かした[2]。同様の状況は、長年藻類の大量発生に悩まされてきた北米の五大湖でも発生している。 2014年には、米国オハイオ州で藍藻類の大発生により住民の飲料水の安全が脅かされたことがある[18]。

小さな青い藻類によって引き起こされる大発生は非常に有害です。何か良い治療法はあるでしょうか？

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藍藻類の大量発生に対する治療法

藻類の大量発生を制御するには、水域の富栄養化レベルを下げること、流体力学的および化学的方法を使用すること、生物学的制御など、多くの方法があります。これらの方法はいくつかの湖沼の管理には効果があることが証明されているが、すべてのシアノバクテリアの大量発生の管理に適しているという保証はまだない[2]。

▶水域の富栄養化レベルを下げる

水源から水域に流入する栄養素を制御し、水域の富栄養化の程度を軽減することが、藍藻類の大量発生に対する根本的な解決策であると一般に考えられています。例えば、具体的な対策としては、洗剤へのリン酸塩の添加を禁止したり、リン酸肥料の施用を減らしたりすることが挙げられます。しかし、このプロセスが効果を発揮するまでには数年、あるいは数十年かかることも少なくありません[19][20]。

▶流体力学的方法

流体力学的方法とは、水量を増やすなどして人工的に水の流れを増やし、気嚢に依存するシアノバクテリアの浮力の利点を破壊し、その位置を緑藻や珪藻に置き換えて、藻類の大量発生を軽減する方法を指します。このアプローチは効果的ではあるが、コストがかかることが多い[21]。

▶化学的方法

化学的方法は藻類の大量発生を迅速に除去できるが、長期的には効果が期待できず、またほとんどの化学物質は他の水生生物に対して有毒であるため、一般的には推奨されていない[22]。

▶生物的防除

生物学的防除は実現可能と思われますが、実際の適用には多くの課題があります。例えば、ウイルスや真菌はシアノバクテリアを急速に殺すことができますが、長期的な影響を与える可能性は低いです[23][24][25]。ムール貝などの濾過摂食軟体動物がシアノバクテリアの繁殖を抑制する効果があるかどうかはまだ検証されていない[2][13]。しかし、藻類の大量発生を抑制するために動物プランクトンや魚類の個体群構造を人為的に制御することは、水域の富栄養化レベルを同時に低下させるか、人間の介入が持続する場合にのみ長期的な効果を達成することができる[26][27][28]。

まとめ

シアノバクテリアの大発生は、水域の富栄養化や気候変動など複数の要因によって引き起こされる現象で、20世紀後半から21世紀初頭の20年間に中国の多くの湖や貯水池で広範囲に発生した。水生生態系のこの変化の過程については、まださらなる研究が必要ですが、フィールド調査や室内実験を通じて、過剰な窒素やリンの栄養素と高温環境がシアノバクテリアの急速な増殖を誘発する主な要因であることを確認しました[1]。

したがって、水中の窒素とリンの含有量を制御することが、シアノバクテリアの大量発生を制御するための基本的な対策であると考えられています。しかし、大規模・中規模湖沼の場合、この戦略の実施には多くの人材と物的資源が必要となり、効果期間も長くなります。謝平研究員は、先人の研究経験を吸収し、中国の実情と伝統的な漁業知識を融合させ、革新的な実践を積み重ね、貴重な経験を積んできました。彼はシアノバクテリアの大発生の予防と制御に成功し、中国におけるシアノバクテリアの大発生の総合管理において重要な進歩を遂げ、22年ぶりに武漢東湖でのシアノバクテリアの大発生を阻止することに成功した[29]。

多くの科学研究者のたゆまぬ努力のおかげで、水生システムの修復と維持という複雑なシステムエンジニアリングのための実行可能で反復的な方法論が徐々に形成されてきました。科学的ガバナンスの概念、国内の汚染防止への取り組みの強化、法律や規制の改善、そして国民の環境意識の段階的な向上を組み合わせることで、有害な藻類の大量発生やその他の水質問題は最終的に解決されるでしょう。

参考文献

著者: 北京大学生命科学学院修士、李 維一

査読者: 中国科学院微生物学研究所研究員 鍾 進

制作：中国科学普及協会

制作：中国科学技術出版社、中国科学技術出版社（北京）デジタルメディア株式会社