Elucidating the long-term impacts of ocean acidification on trans-life-cycle and transgenerational responses of coastal marine organisms

• Project/Area Number: 19H04288
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 63040:Environmental impact assessment-related
• Research Institution: Fisheries Research and Education Agency
• Principal Investigator: Takami Hideki 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産資源研究所(塩釜), グループ長 (50371802)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 正裕 公益財団法人海洋生物環境研究所, 海生研実証試験場, 研究員 (20444870) ; 井上 麻夕里 岡山大学, 自然科学学域, 教授 (20451891) ; 村岡 大祐 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(長崎), グループ長 (30371800) ; 小埜 恒夫 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産資源研究所(横浜), 主幹研究員 (40371786) ; 酒井 一彦 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 教授 (50153838) ; 井口 亮 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (50547502)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2019: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
• Keywords: 海洋酸性化 / キタムラサキウニ / コユビミドリイシ / アマノガワテンジクダイ / 順化 / 適応 / 長期 / 世代間 / 造礁サンゴ類 / 長期飼育 / 世代交代 / 順化・適応 / 継代飼育 / 沿岸生物

Outline of Research at the Start

人為起源二酸化炭素がもたらす海洋酸性化の生物への影響評価については、短期間の飼育実験による生物の応答を基準としており、一方で比較的長寿命の生物における長期的な影響については不明な点が多い。本研究では、沿岸生態系で中心的な役割を果たすウニ類、造礁サンゴ類、魚類に焦点を当て、産業革命前の280 ppmから将来大気濃度の2000 ppmまでの範囲で複数の二酸化炭素濃度を段階的に設定した海水中で、数年レベルの長期的な飼育実験を実施し、各発育段階や世代交代などにおける生理・生態特性の変化を比較する。得られたか結果から酸性化への順化・適応過程の可能性を明らかにする共に、応答が起こるメカニズムを解明する。

Outline of Final Research Achievements

To evaluate the long-term effects of ocean acidification (OA) on marine organisms, we analyzed the response of sea urchin Mesocentrotus nudus, reef-building coral Acropora digitifera, and coral fish Pterapogon kauderni to OA through long-term rearing experiments across trans life cycles and transgenerations. The impacts OA of offspring derived from parents reared in OA was reduced in M. nudus and P. kauderni. In A. digitifera, transgenerational effects of OA were complicated by the infection of symbiotic algae Symbiodinium microadriaticum. Gene expression in larval M. nudus differed qualitatively and quantitatively between offspring of OA and non-OA parents, suggesting that environmental acclimation may occur at the gene expression level.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

海産動物に対する海洋酸性化への応答予測は、多くが直接的な環境変動の影響を受けやすい初期生活史を対象とした短期間での飼育実験による結果に基づいており、幼生から成体へ成長する過程、さらには再生産や世代交代に及ぼす影響については研究例が極めて限られている。本研究では、沿岸生態系で中心的な役割を果たすウニ類、造礁サンゴ類、魚類について、異なる発育段階間および複数の世代間における海洋酸性化の応答を解析した。その結果、酸性化環境下で成育した親由来の子世代は、同環境に順化することが示唆された。本成果は、海洋酸性化に関する将来予測の不確実性を軽減し、有効な適応・緩和策の推進に貢献するものと期待される。

Research Products

• [Journal Article] Transgenerational acclimation to acidified seawater and gene expression patterns in a sea urchin (2024)
  • Author(s): Akira Iguchi, Kodai Gibu, Makiko Yorifuji, Miyuki Nishijima, Atsushi Suzuki, Tsuneo Ono, Yukio Matsumoto, Mayuri Inoue, Masahiko Fujii, Daisuke Muraoka, Yamato Fujita, Hideki Takami
  • Journal Title: Science of The Total Environment Volume: 930 Pages: 172616-172616
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.172616
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of ocean acidification on the early developmental stages of the commercially important gastropods, Ezo abalone and horned turban, in Japan. (2021)
  • Author(s): 木村量・高見秀輝・鬼塚年弘・小埜恒夫・野尻幸宏
  • Journal Title: Proceedings of the 46th U.S.-Japan Aquaculture Panel Symposium, NOAA Technical Memorandum NMFS-F/SPO-222 Volume: NMFS-F巻/SPO-222巻号 Pages: 68-71
• [Journal Article] Ocean acidification trends in coastal waters in Japan (2019)
  • Author(s): Ishizu, M., Miyazawa, Y., Tsunoda, T., and Ono, T
  • Journal Title: Biogeosciences Volume: 16 Issue: 24 Pages: 4747-4763
  • DOI: 10.5194/bg-16-4747-2019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Perspectives on in situ sensors for ocean acidification research (2019)
  • Author(s): Sastri, A., Christian, J.R., Achterberg, E.P., Atamanchuk, D., Buck, J., Bresnahan, P., Duke, P.J., Evans, W., Gonski, S.F., Johnson, B., Juniper, K., Mihaly, S., Miller, L.A., Morley, M., Murphy, D., Nakaoka, S.-i., Ono, T., Parker, G., Simpson, K., and Tsunoda, T.
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 6 Pages: 653-653
  • DOI: 10.3389/fmars.2019.00653
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 酸性化環境を経験したキタムラサキウニを親とする子世代の初期発育における環境応答 (2023)
  • Author(s): 高見秀輝・村岡大祐・井上麻夕里・小埜恒夫・井口 亮・松本有記雄
  • Organizer: 令和5年度日本水産学会春季大会
• [Presentation] Variations of the growth and Mg/Ca ratios in sea urchins (Mesocentrotus nudus) cultured under the long-term acidification experiment. (2022)
  • Author(s): 北山紗也佳・中井省悟・宮井里紀・高見秀輝・村岡大祐・野尻幸宏・井上麻夕里
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] キタムラサキウニにおける海洋酸性化の世代間影響 (2021)
  • Author(s): 高見秀輝・村岡大祐・藤田大和・井上麻夕里・松本有記雄・小埜恒夫・藤井賢彦
  • Organizer: 令和3年度日本水産学会春季大会
• [Presentation] 熱帯性魚類のストレス応答の分子基盤の解明ーアマノガワテンジクダイをモデルとしてー (2021)
  • Author(s): 井口亮・林正裕・依藤実樹子・西島美由紀・鈴木淳・村岡大祐・高見秀輝・小埜恒夫
  • Organizer: 令和3年度日本水産学会春季大会
• [Presentation] 海洋酸性化がキタムラサキウニ幼生へ及ぼす影響 (2020)
  • Author(s): 藤田大和・村岡大祐・高見秀輝・ベルナルド ローレンス・小埜恒夫・藤井賢彦
  • Organizer: 第6回沿岸生態系の評価・予測に関するワークショップ
• [Presentation] 高二酸化炭素濃度下で培養された無節 石灰藻 エンジ イシモ類のエゾアワビ浮遊幼生に対する変態誘起効果 (2019)
  • Author(s): 高見秀輝・鬼塚年弘・村岡大祐 ・松本有記雄 ・ 中坪あゆみ ・馬場 将輔・野尻幸宏
  • Organizer: 2019年度水産海洋学会研究発表大会
• [Presentation] 海洋酸性化がウニ類の成長に及ぼす影響 (2019)
  • Author(s): 村岡大祐・高見秀輝・井上麻夕里
  • Organizer: 第5回宮古地域水産シンポジウム
• [Presentation] PICES special publication “ocean acidification and deoxygenation in the north pacific ocean”: information exchange with social sectors (2019)
  • Author(s): J. Christian, T. Ono
  • Organizer: 4th GOA-ON International workshop
  • Int'l Joint Research
• [Book] Ocean Acidification and Deoxygenation in the North Pacific Ocean (2019)
  • Author(s): J. Christian and T. Ono (Ed)
  • Total Pages: 116
  • Publisher: PICES Press
  • ISBN: 9781927797327
• [Remarks] 海洋酸性化のアワビ・ウニへの影響予測
  • URL: https://www.fra.affrc.go.jp/bulletin/news/fnews73.pdf