海洋高次捕食者のエネルギー収支を指標とした環境アセスメント手法の開発

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H00776
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 佐藤 克文 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (50300695)
• 研究分担者: 新妻 靖章 名城大学, 農学部, 教授 (00387763)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: バイオロギング / 酸素消費速度 / 加速度

研究実績の概要

アカウミガメを用いた代謝速度実験においては、地中海のアカウミガメとは異なり、三陸のアカウミガメは水温変化に起因する酸素消費速度変化が小さく、地中海の個体に比べて同じ水温帯における酸素消費速度が高く維持されていることが判明した。人工衛星対応型電波発信器を用いた野外調査によって、冬季の低水温時にも夏期とほとんど変わらない活発な潜水行動を行っていることが分かってきた。この結果は，水槽実験によって得られた低水温時にも高い酸素消費速度を維持出来る能力によってもたらされたと考えられる。
アメリカナマズを対象に流水水槽を用いた酸素消費速度測定実験の結果、体密度が中性浮力から外れる程、酸素消費速度が高くなることがわかった。過去の野外調査によって、河川内で中層を遊泳し続けるアメリカナマズは中性に近い浮力を有することが明らかになっているが、それは酸素消費速度を最小にするための浮力調節の結果もたらされたということが明らかになった。
サケを対象に流水水槽を用いた酸素消費速度測定実験の結果、東北沿岸河川に産卵遡上する個体群と、東北内陸部の個体群では最大遊泳能力を発揮できる水温帯が異なることが判明した。より低水温にさらされる前者は、より低温で最大遊泳能力を発揮できるよう、生理的状態がチューニングされていると解釈できる。
シャチを用いた呼気計測実験においては、連続的に呼気を回収することで、短い時間スケールにおけるエネルギー消費量の推定を行った。呼気の回収間隔を40秒と20秒に設定したところ、40秒間隔における酸素摂取量は20秒間隔と比較して1.5倍となった。基礎代謝速度は時間に比例するため、2倍になると予測していたが、それよりも小さな値となった。その要因として、40秒間隔において既に代謝速度を低下させる「潜水代謝」と呼ばれる生理反応があった可能性が挙げられる。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

魚類）流水水槽を用いてサケとアメリカナマズを用いた酸素消費速度測定実験を行った。水槽内の流速を段階的に変化させて酸素消費速度を測定した。サケの場合は水温を変化させ、酸素消費速度に及ぼす遊泳速度と水温の関係を調べ、個体群ごとに異なる至適水温をしらべた。さらに、東北の北上川と甲子川で、サケに速度加速度記録計と小型ビデオカメラを装着し、河川を遡上し産卵を行うまでの行動記録を得た。アメリカナマズを測定する際は、シリンジを使ってうきぶくろ内の空気量を変化させた個体を用いて測定し、浮力状態が酸素消費速度に及ぼす影響を調べた。
爬虫類）三陸沿岸海域で捕獲されたアカウミガメとアオウミガメの酸素消費量測定実験をおこなった。15ー25℃の範囲で水温を変化させ、水温によって酸素消費速度がどの程度左右されるのかをしらべた。鴨川シーワールドで飼育されているアカウミガメの酸素消費速度も測定し、三陸沿岸で捕獲される亜成体との違いを調べた。
哺乳類）カナダのセントローレンス湾およびノルウェーのスカルヴォイ沿岸域におけるザトウクジラを対象とした野外調査を実施した。採餌期のザトウクジラの行動データと画像データを取得した。採餌に費やしていた時間と休息に費やしていた時間の配分に関するデータを取得した。鴨川シーワールドで飼育しているシャチを用いて、休止中の酸素消費速度を測定する実験を行った。一定期間息をこらえたシャチが、トレーナーの合図によってマスク内に呼気を吐き出す様にトレーニングし、サンプリングした空気の酸素濃度と二酸化炭素濃度を測定した。

今後の研究の推進方策

昨年度と同様に室内実験や野外調査を進め、統計検定に必要な個体数が集まったものから論文発表を進めていく。シャチの呼気計測においては、40秒間の息こらえによって「潜水代謝」と呼ばれる生理反応があった可能性が挙げられたが、この仮説を検証するために、より短い間隔での呼気回収を目指した訓練を水族館で行っており、2年目に検証実験を行う予定である。ただし、これまで実験に用いていた個体が体調を崩したため、現時点では具体的な測定の目処が立っていない。もし、体調が回復しない場合は、これまで得られているデータを元に、シャチの休止代謝速度についての結果をまとめて論文発表する。

研究成果

• [国際共同研究] University of St Andrews(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of St Andrews
• [国際共同研究] Institute of Marine Research(ノルウェー)
  • 国名: ノルウェー
  • 外国機関名: Institute of Marine Research
• [雑誌論文] Combining abundance and performance data reveals how temperature regulates coastal occurrences and activity of a roaming apex predator (2018)
  • 著者名/発表者名: Nicholas L. Payne, Carl G. Meyer, James A. Smith, Jonathan D. R. Houghton, Adam Barnett, Bonnie J. Holmes, Itsumi Nakamura, Yannis P. Papastamatiou, Mark A. Royer, Daniel M. Coffy, James M. Anderson, Melanie R. Hutchinson, Katsufumi Sato, Lewis G. Halsey
  • 雑誌名: Global Change Biology 巻: 24 ページ: 1884-1893
  • DOI: 10.1111/gcb.14088
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tread-water feeding of Bryde's whales (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Iwata, Tomonari Akamatsu, Surasak Thongsukdee, Phaothep Cherdsukjai, Kanjana Adulyanukosol and Katsufumi Sato.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 27 ページ: R1141-1155
  • DOI: 10.1016/j.cub.2017.09.045
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High diving metabolic rate indicated by high-speed transits to depth in negatively buoyant long-finned pilot whales (2017)
  • 著者名/発表者名: K Aoki, K Sato, S Isojunno, T Narazaki, PJO Miller
  • 雑誌名: Journal of Experimental Biology 巻: 220 ページ: 3802-3811
  • DOI: 10.1242/jeb.158287
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] High resting metabolic rate induce active overwintering of juvenile loggerhead turtles, Caretta caretta in the western North Pacific (2018)
  • 著者名/発表者名: Chihiro Kinoshita, Takuya Fukuoka, Yasuaki Niizuma, Tomoko Narazaki, Katsufumi Sato
  • 学会等名: 38th Annual Symposium on Sea Turtle Biology and Conservation
  • 国際学会
• [学会発表] Bio-logging studies of loggerhead and green turtles migrating to a temperate habitat of the western north Pacific Ocean (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsufumi Sato
  • 学会等名: 38th Annual Symposium on Sea Turtle Biology and Conservation
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 漁船のおこぼれにあずかる怠け者のザトウクジラ (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩田高志，青木かがり，Miller PJO，Biuw M，Williamson M，佐藤克文
  • 学会等名: 第65回日本生態学会大会
• [学会発表] 遡上時期の異なる本州サケ集団間でみられた高温耐性と至適水温範囲の違い (2018)
  • 著者名/発表者名: 阿部貴晃，北川貴士，牧口祐也，佐藤克文
  • 学会等名: 平成30年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] ザトウクジラの休息時間はなぜ陸棲大型草食動物のように短いのか (2018)
  • 著者名/発表者名: 秋山優，赤松友成，Marianne H. Rasmussen，岩田高志，楢崎友子, 青木かがり, Patrick Miller, Martin Biuw, 佐藤克文
  • 学会等名: 第65回日本生態学会
• [学会発表] 移動中にクラゲ類を捕食する高緯度域のアオウミガメ亜成体 (2018)
  • 著者名/発表者名: 福岡拓也、楢崎友子、木下千尋、佐藤克文
  • 学会等名: 第65回日本生態学会
• [学会発表] 北太平洋のアカウミガメ亜成体は高い休止代謝速度によって越冬時に活発な潜水を行う (2018)
  • 著者名/発表者名: 木下千尋、福岡拓也、新妻靖章、楢崎友子、佐藤克文
  • 学会等名: 第65回日本生態学会
• [学会発表] The feeding habits of sea turtles influence their reaction to artificial marine debris (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuya Fukuoka, Misaki Yamane, Chihiro Kinoshita, Tomoko Narazaki, Greg J. Marshall, Kyler J. Abernathy, Nobuyuki Miyazaki, Katsufumi Sato
  • 学会等名: 37th Annual Symposium on Sea Turtle Biology and Conservation
  • 国際学会
• [学会発表] How do whales decide the depth of foraging dives? (2017)
  • 著者名/発表者名: Iwata T., Aoki K., Kershaw J., Biuw M., Ramp C., Sato K and Miller PJO
  • 学会等名: The sixth International Science Symposium on Biologging
  • 国際学会
• [学会発表] A humpback whale utilize fishing boats to foraging on herring (2017)
  • 著者名/発表者名: Iwata T., Aoki K., Miller PJO., Biuw M., Williamson M and Sato K.
  • 学会等名: The 22nd Biennial Conference on the Biology of Marine Mammals
  • 国際学会
• [学会発表] Animal movements affected by physical conditions (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsufumi Sato
  • 学会等名: The 6th International Bio-logging Science Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Does buoyancy affect optimal swim speed? High-speed transits to depth in negatively buoyant long-finned pilot whales (2017)
  • 著者名/発表者名: Kagari Aoki, Katsufumi Sato, Saana Isojunno, Tomoko Narazaki, Patrick J. O. Miller
  • 学会等名: The 6th International Bio-logging Science Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 遡上時期の異なる本州サケ集団間でみられた適水温の違い (2017)
  • 著者名/発表者名: 阿部貴晃，北川貴士，牧口祐也，佐藤克文
  • 学会等名: 第11回サケ学研究会
• [学会発表] グライド中の加速度から推定した採餌期ザトウクジラの体密度 (2017)
  • 著者名/発表者名: 楢﨑友子，Saana Isojunno, Douglas Nowacek, Rene Swift, Ari Friedlaender, Christian Ramp, Sophie Smout, 青木かがり，佐藤克文，Patrick Miller
  • 学会等名: 第13回日本バイオロギング研究会シンポジウム
• [学会発表] 太ったザトウクジラは採餌しない？ (2017)
  • 著者名/発表者名: 青木かがり，岩田高志，Joanna Kershaw, Martin Biuw, 秋山優，佐藤克文，Patrick Miller
  • 学会等名: 第13回日本バイオロギング研究会シンポジウム