淡水貝の隠れた強み

クレジット: GARY J. WEGE / USFWS

ヒギンズアイパーリームール貝は、かつて米国中西部の川に広く生息していましたが、生息地の喪失、汚染、ゼブラガイなどの侵略的な敵によって脅かされている多くの淡水イガイ類の 1 つです。 科学者たちは、こうした危機に瀕した生態系エンジニアを瀬戸際から呼び戻すために、いくつかの戦略を使用しています。

謙虚な二枚貝は汚染された水を浄化し、多様性を高めることができますが、せき止められた川や汚れた流域では、多くの種が絶滅の危機に瀕しています。 助けがあれば、彼らは自分自身を救うことができるかもしれません。

シャロン・レヴィ著 2019年6月21日

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生涯のほとんどを川床に埋もれて過ごす淡水産貝は、見逃しがちです。 あなたは気づかずに彼らの密集した床を歩いて渡ることができます。 観察力の高いシュノーケラーは、生き物のサイフォンが堆積物を突き破る川底に、散乱した貝殻や一対の穴を見るかもしれません。

たとえ見えないところに隠れていても、淡水貝は生態系を形成しています。

彼らは食物を下に注ぎ、川底の生命を養い、他の種のために水を浄化します。 これらは、一部の海域でデッドゾーンを引き起こす広範な問題である栄養汚染を軽減するのに役立ちます。

そして今日、彼らは地球上で最も高い絶滅率と絶滅率で危機に瀕しています。 北米だけでも、過去 1 世紀の間に 30 種の淡水貝が絶滅し、生き残った貝類の 65% が、主に大規模な河川の堰き止めにより、絶滅の危機に瀕している、絶滅の危機に瀕している、または脆弱であると考えられています。

1920 年代から 1980 年代にかけてのダム建設の突撃により、数千マイルにわたる生息地が破壊され、さらに多くの生息地が断片化されました。 ケンタッキー州魚類野生生物局の水産研究生物学者ウェンデル・ハーグ氏は、浅瀬で自由に流れる水域に適応しているムール貝は、主要なダムが数十マイル下流に作り出す深くて寒くて酸欠の条件では生き残ることができないと語る。リソースの軟体動物保護センター。

一部のムール貝は、小魚やザリガニなど、美味しそうな食事のように見える肉厚のフラップを提示して、えらにムール貝の幼生を一時的に住まわせる魚を引き寄せます。 魚が噛み付くと、ムール貝はグロキディアと呼ばれる数千匹のムール貝の幼生の雲を放出し、その一部は魚のえらに住み着きます。 幼貝に成長した後、若い貝は脱落して堆積物に定着します。

クレジット: クリス・バーンハート / ミズーリ州立大学

現在、生物学者のグループは、ムール貝を瀬戸際から引き戻すための二本柱の計画を立てている。 彼らは、ムール貝が提供する水浄化サービスについての情報を広めることにより、ムール貝の PR を強化することに取り組んでいます。 そして彼らは、この生き物を大量に飼育してから野生に放すことで、水を取り戻す活動をさせることを目指しています。

そうすることで、科学者たちは従来の保護をひっくり返しようとしている。絶滅の危機に瀕した生物を救うために生息地を保護するのではなく、ムール貝を利用して生息地そのものを救うことが目標だ。 「ムール貝はバイオフィルターです」とオクラホマ大学の生態学者、キャリン・ヴォーン氏は言う。彼は2018年の生態学、進化、体系学の年次レビューで、この生物の生態学的役割についての論文を共同執筆した。 「そして、それが重要であると人々に納得させることができれば、それは人々を救うツールになると思います。」

健全な川では、ムール貝は大きな寝床に生息しており、その中に数種類の数千匹の個体が生息しており、それぞれの成体の大きさは野球ボールと同じかそれ以上です。 彼らは長生きで、100年以上の寿命を持つ種もあります。 彼らは派手な生殖生活を送りますが、その始まりはおそらく 1 億年以上前、今日のムール貝の祖先が幼生を魚の上でヒッチハイクさせる戦略を進化させたときです。

それぞれのメスはグロキディアと呼ばれるこれらの幼虫を数百万匹産み、多くのムール貝の種は、特定の魚の宿主の獲物に似た精巧なルアーを作ります。 グロキジアは魚に乗ると、魚のえらやひれに嚢胞を形成し、やがて幼魚になり、落下して川の底に沈みます。 おそらく100万人に2人は生殖年齢まで生きるでしょう。

ワシタ キドニーガイは、グロキディアと呼ばれる幼虫を小魚に似た膜で包みます。 本物の魚がそれをつかむと、膜が破裂してグロキジアが放出され、魚のえらの中に一定期間生息します。

クレジット: クリス・バーンハート / ミズーリ州立大学

魚の宿主とのこの複雑な相互作用は、ムール貝の繁栄と拡散に役立ちました。 「魚は上流に泳ぐことができますが、ムール貝は遡ることができません」と、研究と修復のためにムール貝の繁殖に取り組んでいるミズーリ州立大学の生物学者クリス・バーンハートは指摘する。 ムール貝は魚に乗ることで、上流の生息地に定住することができます。これは非常に強力な技術革新であるため、現存する淡水産ムール貝科のすべてのメンバーは、この戦術を採用した遠い昔の祖先の子孫であるほどです。

しかし、ダムの急増により魚の移動が妨げられ、多くのムール貝の個体数が宿主から切り離され、その繁殖能力が失われてしまいました。 他の住民は、分水によって故郷の川の流れが減り、干からびたり、下水処理場の排水、工場からの流出、農場や都市からの栄養分を多く含んだ流出による水質汚染の犠牲になった。 外来種はさらに他の種を脅かしています（たとえば、外来種のシマウマ貝やクアッガ貝は在来種のムール貝と競合し、ゼブラガイは在来種のムール貝に大量にくっついています）。 自然保護活動家たちが絶滅危惧種または絶滅危惧種に指定されている種の救出に注力しているにもかかわらず、ムール貝の数の全体的な減少は続いており、ひいては米国および世界中の淡水生息地の劣化につながっている。

人間の活動はムール貝に大きな打撃を与えています。北米の淡水産ムール貝 270 種（上のグラフ）のうち、30 種が過去 100 年で絶滅し、95 種が絶滅危惧種または絶滅危惧種に指定されており、残りの種の大部分は絶滅の危機に瀕していると考えられています（中央の円グラフ）。 その好例がキアミチ川（下のグラフ）で、数年にわたる干ばつに川の堰き止めが重なって水温が上昇し、多くのムール貝が死滅した。 (サイト 10 では、グラフのスケールに対して変化が小さすぎるため、ムール貝密度の減少のバーは表示されません。)

ボーン氏が 1990 年代初頭に米国の川の 1 つであるキアミチ川の研究を始めたとき、彼女はその急激な衰退を目の当たりにしました。 オクラホマ州南東部の高地に源を発するこの川には、31 種の異なる淡水貝が豊富に生息していました。 彼女の長期的な研究は、ムール貝の個体数の 60 パーセントが過去 20 年間で消滅したという劇的な減少を記録しました。

1998年に始まった深刻な干ばつで多額の損失が発生し、2005年まで沈静化することはなかった。「この地域では干ばつはよくあることで、周期的であり、人々が記録をとっている限りずっと続いている」とヴォーン氏は言う。 しかし、ムール貝は新たな課題、すなわち、1982年に建設された、キアミチ川の主要な支流の流れをせき止めるダムの水管理と闘わなければならなかった。 乾燥した環境が進むにつれて、人間が使用できる水が制限され、残った水の温度が上昇し、多くのムール貝が死んでしまいました。

オクラホマ州キアミチ川でのムール貝のフィールドワーク。 ムール貝は、水から有機物を除去し、溶解した栄養素を水中に排出し、これらの栄養素を堆積物に堆積させるという、栄養循環において重要な役割を果たしています。 キアミチでは、夏の間、ムール貝が上層の水をすべて処理することができます。

クレジット: キャリン・ヴォーン

しかし、ボーン氏は希望に満ちた何かも目撃した。 彼女と同僚が雑誌「アンビオ」で報告したように、キアミチ川は干ばつでかなりの数の種を失い、全体的な資源量も減少したが、近くのリトルリバーの個体数は安定していた。 鍵となったのは経営陣の違いだった。 リトル川のダムでは、一年で最も乾燥する夏の終わりと秋に最も多くの放水が行われ、干ばつの間の浅瀬の高温からムール貝を保護しました。 言い換えれば、賢明な水管理は、気候変動により淡水に対する人間の需要が増加しても、ムール貝を維持するのに役立つ可能性があります。 保護活動家らは現在、キアミチ川で絶滅危惧種の貝類を保護するのに十分な高さの流量を要求する訴訟を起こしている。

絶滅危惧種のムール貝は法的な手段を提供できるが、オオカミやハヤブサのような本能的な魅力に欠けている。 「淡水産貝はカリスマ的な種の対極にある」とヴォーン氏は言う。 「人々はそれを見ていないので、それが何をしているのか知りません。」

しかし実際には、成貝は硬い殻の中に強力で耐久性があり、効率的な浄水器となっています。 毎日最大 10 ガロンの水を濾過して藻類や有機物を除去し、水を濁りから透明に変えて、底生植物がより多くの光を受けられるようにします。

ろ過した物質から独自の組織を構築し、窒素、リン、炭素を何十年も閉じ込めます。 そして、その廃棄物を川底に堆積させ、底に生息する藻類、昆虫、その他の無脊椎動物に栄養を提供し、それらが魚の餌となるのです。

アカガイは魚の訪問を辛抱強く待っていますが、魚は幼生を放す間に一時的に閉じ込められます。 小さなムール貝の子供は、小さな稚貝が川床で生活を始める準備が整うまで、魚のえらの中で生きて成長します。

クレジット: クリス・バーンハート / ミズーリ州立大学

PeerJ誌に掲載されたミシシッピ川上流域の研究では、比較的健全なムール貝の個体群が毎日140億ガロン以上の水を濾過し、大量のバイオマスを除去し、堆積物の表面に大量の炭素と窒素を堆積させていることが判明した。 窒素化合物を無害な窒素ガスに変換するバクテリアは、イガイの床の下で繁殖しています。

『Environment Science & Technology』誌に掲載された他の研究では、カリフォルニアと太平洋岸北西部に生息する絶滅危惧種のイガイであるカリフォルニアフローターが、川の水や湖の糞便細菌の量を劇的に減少させることが示されている。

生態学者のダニエル・クリーガー氏らは、淡水産貝をかつての豊富な量に戻すことができれば、この生物が栄養汚染を軽減し、飲料水の濾過コストを削減できると考える理由がある、と『Journal of Shellfish Research』誌に書いている。 「歴史的にムール貝が生息しており、現在は生息していない場合、自然のムール貝群集が戻るまでは、そのシステムが健全であるとは確信できません」とクリーガー氏は言う。

栄養塩汚染は、水生生態系に対する広範囲にわたる脅威です。 下水の排出や集約農業で使用される合成肥料は大量の窒素とリンを河川に放出し、有害な藻類やシアノバクテリアの繁殖を引き起こします。 死んだ細胞が底に沈むと、バクテリアが細胞を消化し、水中の酸素を枯渇させます。 激しい開花時には、魚や他の水生生物が窒息する可能性があります。

絶滅危惧種のカキガイ (Epioblasma capsaeformis) の小さな幼生は、一生の一部を宿主魚のえらやひれの中で過ごします。 ここでは、グロキディアがダーターフィッシュのヒレにある半透明の塊として見えています。

クレジット: クリス・バーンハート / ミズーリ州立大学

非営利団体「デラウェア河口パートナーシップ」で働くクリーガー氏は、北米最大の河口であるチェサピークがその好例だと言う。 そこへの初期の入植者は、魚が豊富に生息する澄んだ水を記録しました。 底の堆積物には、豊富な緑色の植物、ムール貝、カキが含まれていました。 しかし、1600 年代に始まり、20 世紀に加速して、森林伐採と農業により、栄養分を含んだ堆積物の水域への流出が増加しました。 貝類の個体数は減少し、チェサピークは堆積物と藻類の発生で曇り、在来の底生植物や動物は姿を消しました。

養分の流出を制限するために、農家は肥料の使用を最小限に抑えたり、排水溝に沿って湿地植物を植えたりする戦略など、最良の管理方法 (BMP) を使用する必要があります。 最近、在来の二枚貝、特にカキの復元が BMP として承認されました。 これまでの取り組みは、水をきれいにする海水種であり、チェサピークの水夫が収穫する貴重な珍味でもあるイースタンカキに焦点を当ててきた。 淡水産のムール貝はそれほど美味しくないかもしれないが、牡蠣と同じように、より広範囲の生息地で水質の改善に役立つ可能性がある、とクリーガー氏は言う。

しかし、ムール貝を配備する前に、その成長方法を学ばなければなりません。 過去 20 年間にわたり、米国のいくつかの研究室は、修復活動のために動物を飼育するために、研究室でのムール貝の繁殖技術を磨くことに取り組んできました。 その際、彼らはほぼ1世紀前、ボタンの製造に淡水イガイの殻が使用され、米国の主要産業の基礎を形成していた頃の研究に目を向けた。

ボタン事業の中心地は中西部にあり、イリノイ州ニューボストン近くの単一のムール貝層では、1894 年から 1897 年にかけて 9,000 トンを超える貝殻が生産されましたが、1899 年までに使い果たされました。これは、多くの事例のうちの 1 つにすぎませんでした。天然のムール貝床は乱獲により全滅した。 1910 年代までに、アイオワ州とミズーリ州の研究者たちは、ボタン産業を維持するためにムール貝の成長と繁殖を増やすことに取り組んでいました。

1800 年代後半、ムール貝の貝殻から作られた「パール」ボタンが人気商品でした。 1899 年までに、米国中西部には約 60 の工場があり、毎年数百万個のボタンを生産していました。 この業界は地元のムール貝の個体数を大幅に減少させましたが、当時の記録は、野生に放すために実験室でムール貝を繁殖させている今日のムール貝研究者に情報を提供しています。

クレジット: スティーブ・シモンズ

彼らは、グロキジアを持ったメスをいつどのようにして見つけるか、どの魚が地元のムール貝の宿主であるかについての情報を残しました。 「私たちは古い論文を読んで多くのことを学びました」とバーンハート氏は言います。 彼自身の研究室では、次のステップである貝の幼生を宿主の魚に付着させることは比較的簡単であることを発見しました。メスからグロキジアを採取し、水槽内の水をかき混ぜ続け、適切な魚を追加するだけです。

バーンハート氏のチームは次に、宿主魚への寄生段階を経て大量のグロキジアを獲得し、できるだけ多くの稚貝を生産することに焦点を当てた。 しかし、ほとんどの微細な幼体は生き残れないことが彼らは発見した。 研究室は、それらを1インチ程度まで成長させる方法を見つけ出す必要があり、その時点で「それらは防弾性があり、高い確率で生き残ることができる」とバーンハート氏は言う。

それでも、研究室での飼育が成功した後でも、野生で失われたイガイの個体群を再構築するのは複雑な作業です。 バージニア州のクリンチ川上流部は、汚染により原住民が絶滅した場所であり、修復活動が明らかに成功している数少ない場所の 1 つである。

2005年、浄化作業の後、研究者らは小さな貝の稚貝を放したり、グロキジアを宿主とする魚を放そうとしたが、いずれも失敗した。 米国魚類野生生物局の修復生物学者ジェス・ジョーンズ氏によると、実験室で1年以上培養した大型の稚魚を放したときのみ、ムール貝が食い込み、やがて自然繁殖の行動的兆候を示すようになったという。努力の上で。 えらの中に幼生を抱えたメスのムール貝が、宿主の魚を誘惑するために堆積物の表面に上がっているのが目撃されました。

絶滅危惧種のムール貝種を復元する取り組みが継続し、科学者たちが彼らに役立つ水管理の実践についてさらに学ぶ中、クリーガー氏らは、絶滅危惧種ではない一般的なムール貝種を使用して、その技術をより大規模に適用する計画を進めている。 目標は、水質の改善と保護のためにムール貝を配備し、生態系全体の回復に役立てることです。

このプロジェクトは、地元産のムール貝の繁殖と養殖に長年取り組んできた取り組みを経て、デラウェア州とチェサピーク流域のムール貝の個体数を回復することに焦点を当てます。 Kreegerらは、イースタンエリプティオ、エールワイフフローター、タイドウォーターバケット、イースタンイワシガイ、キイロランプイガイの5種が修復の主な候補になると結論づけている。 いずれも高い濾過能力を持ち、歴史的に広く普及し、豊富に存在し、この地域では今でも比較的一般的です。

研究室でムール貝を育てるのは難しい。 科学者は数あるステップの中でも特に、親貝にグロキディアと呼ばれる小さな幼生を放出させる必要がある。 Epioblasma 属のこのメンバーなどのいくつかの種では、この作業は、小さなピペットの端に魚の頭を付けた貝を提示し、グロキジアが発生できる有望な宿主を模倣することによって最もよく達成されます。 放出されると、グロキジアはピペットに引き込まれ、タンクで飼育できます。

クレジット: クリス・バーンハート / ミズーリ州立大学

この目的を達成するために、デラウェア河口パートナーシップは最近、フィラデルフィアにムール貝の生産孵化場を建設する協定をペンシルベニア州と締結しました。 「孵化場が建設され、照明とポンプのスイッチが入ると、私たちの目標は、小川や河川に残り続けるムール貝を年間50万個生産し、きれいな水という形でその投資に対する利益をもたらすことです。」クリーガー氏は言う。

まず、水はある程度きれいでなければなりません。幼生および幼貝は、下水や農業排水で汚染された水によく見られる窒素の一種である、比較的低レベルのアンモニアによって中毒される可能性があります。 数十年にわたるダム建設と汚染により、チェサピーク流域のムール貝の個体数は激減しました。 クリーガーらの研究は、一部の生息地では再びムール貝を生息できることが示された。

「これまで、多数の一般的な種の生産に集中できる施設はありませんでした」とクリーガー氏は言う。 「したがって、私たちはこれらの概念の多くを非常に有意義な方法でテストする機会がありませんでした。つまり、川に数値を入力して、水質の針が動くかどうかを確認するということです。

「最終的にそれをテストできることを楽しみにしています。」

10.1146/knowable-062019-1

シャロン・レヴィは北カリフォルニアを拠点とするサイエンスライターで、オックスフォード大学出版局から最近出版された『The Marsh Builders: The Fight for Clean Water, Wetlands, and Wildlife』の著者です。

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Caryn C. Vaughn と Timothy J. Hoellein は、水の濾過から海岸線の安定化まで、淡水貝の働きのすべてについて説明しています。

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