冷凍冷凍サンゴは気候変動からサンゴを救うことができるか？

私フロリダ州アポロビーチの小さな明るい部屋の中で、白い白衣と紫色の手袋をはめた科学者チームが、まるで小型のスモークマシンから噴出しているかのように青い容器から液体窒素があふれ出る中、サンゴの幼生を液体窒素に浸したり取り出したりしている。

グループのミッションは、サンゴの幼生、つまりサンゴの泳ぐ子孫を成長初期に極低温で凍結することです。この科学者チームが成功すれば、彼らが研究している幼生は時間的に凍結され、バイオバンクに保管されます。おそらく、数ヶ月以内に蘇生し、成長してフロリダのサンゴ礁システムに戻されるでしょう。あるいは、再び目覚めるまで何年も、あるいは何十年も待つことになるかもしれません。

世界中の海水温が上昇し、大量のサンゴの死滅が続く中、一部の科学者はサンゴの保護、修復、育成、あるいはある場所から別の場所への移動に取り組んでいます。また、文字通りサンゴを時間内に凍結させようとする科学者もいます。

サンゴの体内時計は通常、夏の満月に合わせて動きます。

現在、研究室で無期限保存されているのは柱状サンゴ（デンドロギラ・シリンドリクス）は「これまでで最も驚くべきサンゴだと思います」と、サンゴ低温生物学の先駆者とされ、スミソニアン協会の上級研究科学者でもあるメアリー・ハゲドン氏は言う。カリブ海のサンゴ礁では、成熟した柱状サンゴは溶けた砂の城や、活気ある海底都市の丸い高層ビルのように見えるかもしれない。ロープ状の迷路のような外観を持つ脳サンゴに似ている場合もあれば、小さな巻きひげが揺れてぼんやりしているように見える場合もある。

フロリダ州魚類野生生物保護委員会は、このサンゴを絶滅危惧種とみなしている。国際自然保護連合などの他の組織も、このサンゴをレッドリストに絶滅危惧種として掲載している。ハゲドーン氏と彼女のチームが成功すれば、世界中で知られている800種以上のサンゴのうち、冷凍保存されたサンゴの少なくとも12種の仲間入りをすることになる。

生きた物質を急速冷凍するには精密さが求められます。サンゴの場合、その難しさは少なくとも2倍になります。なぜなら、私たちがサンゴと呼んでいるものは、実際には生きた動物、その共生藻類、そして微生物の集合体だからです。

これまでのサンゴの冷凍保存法の成功は、配偶子と呼ばれる精子や卵子などの生殖組織への神経支配が主なものだ。ハゲドルン氏のグループは、この挑戦をさらに一歩進めている。

私アポロビーチで、ハゲドン氏とスミソニアン博物館の同僚は、フロリダ水族館のサンゴ保全プログラムのディレクター兼上級科学者であるケリ・オニール氏と、9人からなる国際的な科学者グループと連携した。チームの作業場には、フロリダ水族館の20エーカーの保全キャンパスにある海水タンクを備えた3つの温室が含まれる。彼らの使命は、冷凍保存されたサンゴの幼生の少なくとも一部を冷凍凍結し、その後解凍して定着させ、育てることであり、このプロセスが保全技術として機能することを証明できる可能性がある。チームが凍結した幼生をうまく目覚めさせて繁殖させることができれば、幼生段階のサンゴが冷凍凍結、解凍、成熟への成長のサイクルを生き延びる初めての事例になると彼らは考えている。G20諸国の支援を受けた国際研究コンソーシアムであるサンゴ研究開発アクセラレータープラットフォームは、サンゴを銀行に預ける取り組みの一環としてこのプロジェクトに資金を提供している。

フロリダの海域の自然では、サンゴの体内時計は通常、夏の満月に合わせて調整されます。柱状サンゴは 8 月に産卵します。日没後約 80 ～ 90 分後です。息を吐くと、サンゴは精子と卵子を水中に放出します。これらの配偶子は混ざり合って幼生に成長します。幼生は泳ぎ回ってポリプに落ち着きます。成長したポリプはコロニーになります。

しかし、海水温が高いため、サンゴは通常の半分以下のカロリーしか摂取できない。海水温が上昇するにつれ、フロリダの海域のサンゴ群は白化し、共生藻類を失い、餓死する。サンゴは、水温が華氏2度上昇するなどのストレスが数週間続くと白化する可能性がある。この地域の安全な海水温は華氏73度から84度の範囲である。2023年、夏季の水温が通常より一貫して5度高かったため、フロリダ州魚類野生生物保護委員会は、フロリダ州のサンゴ礁で記録された最悪の白化現象を記録した。

サンゴの幼生を冷凍保存することは、時間を稼ぐための一種の記録保存ミッションであり、この生物多様性を将来にわたって保存するチャンスです。海水温が安定する可能性のある未来（サンゴ生物学者はそれについてかなり厳しい表情をしていますが）または科学者が脅威にもかかわらずサンゴ礁を繁栄させ続ける方法を見つけ出すでしょう。しかし、その将来のサンゴが生き残るためには、科学者が幼生を解凍して育てる技術を習得するだけでは十分ではありません。

2075年、科学者が数百匹の幼生を再び目覚めさせ、再入の準備が整ったサンゴ礁に戻すとしよう。サンゴが眠りから目覚めると、生き残るためには藻類のパートナーも必要になる。

藻類は光合成によってサンゴにエネルギーを供給し（そしてサンゴにカラフルな色彩を与える）、サンゴは藻類を捕食から守る。しかし、海水温が急上昇すると、サンゴは藻類を排出し、白化したサンゴの骨格がサンゴ礁全体に散らばってしまう。

今のところ、再び目覚めた幼虫は、健康な近隣の成虫から共生者を見つけることができるとオニール氏は言う。しかし、パートナーの藻類がすべて消えてしまったらどうなるだろうか？ ハゲドルン氏の意見では、藻類は冷凍バンクのもう半分に違いない。

サンゴの幼生を冷凍保存することは、時間を稼ぐための一種のアーカイブ化の使命であり、将来のためにこの生物多様性を保存する機会です。

「共生細胞は間違いなく世界で最も冷凍保存が難しい細胞です。なぜなら、共生細胞は一部動物で一部植物で、細胞壁を持っているからです…」とハゲドンは言葉を詰まらせた。私たちは彼女が水族館の保全研究室を訪問する合間にズームで話していた。彼女の画面の隅には、青緑色の帆をつけた模型の帆船が映っていた。

物質をゆっくり凍らせると氷の結晶が形成され、特に藻類にとって致命的になります。氷は細胞壁に穴を開け、動物や遺伝物質を死滅させます。冷凍保存の専門家は、人間の胚や人工生殖のための遺伝物質を保存するのと同じような技術を使用して、物質を華氏マイナス 320 度に凍らせます。

約 10 年前、ミネソタ大学の ATP-Bio プログラムの低温工学者たちが、ヘーゲドン氏が使用できるレーザーを開発しました。最初はゼブラフィッシュの胚に、現在はサンゴの幼生に使用されています。2 年前、ヘーゲドン氏は、再加温技術を藻類に適用する方法を考案しました。

「レーザーは物質を毎分数百万度で温め、氷の形成を大幅に防ぎます」と彼女は言う。「氷は細胞を傷つける可能性があるため、冷凍保存においては大敵です。」

科学はプロセスの両側面を把握する必要がある。 そして 凍結保存が機能するためには解凍が必要です。

B「サンゴの赤ちゃんが搭乗中」と、エリン・ミュラーさんのミニバンの後ろに貼られたステッカーに書かれている。サラソタのモート海洋研究所・水族館の上級科学者で遺伝子バンクのディレクターのミュラーさんは、フロリダ水族館から州間高速道路75号線を南に車で2時間弱のところにオフィスを構えている。ミュラーさんが連れているのは自分の子ではない。フロリダ州全域で州間高速道路沿いの休憩所でサンゴの赤ちゃんの交換が行われており、ミュラーさんはその連鎖の重要な一員なのだ。

海洋建設プロジェクトや他の水族館施設から、生物学的サンゴの寄付（一部は冷凍保存用）がミュラーの施設に持ち込まれ、寄付はパートナー施設やサンゴ礁に戻される。交換は一度に1万匹の幼生単位で行われる。そのうち約500匹は1インチより少し大きくなる可能性がある。ミュラーは親指と人差し指を立てて、銀貨ほどの大きさのOの形を作って実演する。

ミュラーはインタビューに数分遅れて到着した。モートにある彼女の研究室のサンゴがチームを驚かせ、1日早く産卵したからだ。彼女はどの種が産卵したかの報告に忙しくしていた（オルビセラ・ファベオラータ、または山岳星サンゴ、そして コルポフィリアの水泳、またはボルダーブレインコーラル）と、他のどの種がサンゴ礁に生息しているかについて調査します。彼女の研究は、気候変動やサンゴの病気などの主要な脅威に対して耐性のあるサンゴを特定することに焦点を当てており、繁殖、つまりサンゴ礁に戻すためにサンゴを育てることも含まれます。

ミュラーの研究室チームのメンバーの中には、以前、ハゲドン氏から冷凍保存技術の研修を受けた者もいる。「ハゲドン氏は、いわば女王です」とミュラー氏は言う。2023年春、モート研究チームの一部はハワイでハゲドン氏と6週間過ごし、サンゴの配偶子の冷凍保存について学んだ。新鮮な精子の生存期間はわずか数時間であるため、科学者が卵子を照合して幼生に成長させるには厳しい期限が設定されている。しかし、凍結されていれば、これらの配偶子は科学者が使用できるようになるまでバイオバンクで待機することになる。

「産卵したサンゴの精子を一つ一つ保存して、冷凍バンクの構築を始めることができます」とミュラー氏は言う。

Rアポロ ビーチ保護キャンパスから車で北に約 20 分のところにあるフロリダ水族館は、誇り高いサンゴ礁保護棟を維持しています。オニールはビデオ キオスクに出演し、バイオバンクや貯水槽でサンゴを保護するために水族館が行っている作業について、年間 100 万人近くの来場者に説明しています。画面では、彼女が「生きた本」を持ち上げる場面があります。これは、幅が約 1 インチの小さなブロックで、そこからサンゴが成長しています。群生する柱状サンゴを含む約 10 種類の在来種が、水族館が支援する州沿岸のサンゴ礁の復元活動により、いつかフロリダの海に戻ってくるかもしれません。

この研究に携わる科学者たちは、海洋熱波が過ぎるたびに緊急性が増していると感じている。

「私にとって、この種の世界規模のバイオバンクの構想は、フロリダのサンゴに起こっている恐ろしい事態を見て生まれたものです」とハゲドン氏は言う。「皆さんに言いたいのは、ちょっと待って、ということです」。液体窒素をもう少し増やせば、時間を止めるか、少なくとも一時停止して、サンゴが繁栄する未来を模索するのに役立つかもしれない。

メイン写真：ジョン・A・アンダーソン / Shutterstock

• CD デイビッドソン・ヒアーズ

  投稿日 2024年9月20日

  CD デイビッドソン・ヒアーズはフロリダのジャーナリスト兼エッセイストです。

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