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海洋酸性化の生物地理学炭酸塩化学の隆起による変動に対する移植ムール貝のフィールドパフォーマンスの違い
Biogeography of ocean acidification: Differential field performance of transplanted mussels to upwelling-driven variation in carbonate chemistry.
PMID: 32678823 DOI: 10.1371/journal.pone.0234075.
抄録
海洋酸性化（OA）は海洋生態系にとって深刻な課題である。海洋酸性化を対象とした実験室での研究では、海洋生物、特に石灰化プロセスに依存している生物に広く悪影響があることが示されています。また、海洋酸性化が他の環境ストレス要因と組み合わされると、さらに悪影響を及ぼす可能性があることを示唆する証拠も増えてきています。これらの実験室での研究を、環境の不均一性が反応を媒介する可能性のあるフィールドでの生態学的パフォーマンスにまで拡大することは、自然群集に対するOAの影響を理解するための重要な次のステップである。我々は、カリフォルニア海流系に沿った隆起に基づく pH モザイクを利用して、生態学的に支配的な潮間帯貝 Mytilelus californianus の季節的な成長、状態、貝殻の厚さに及ぼす pH、海水温、餌の有無の相対的な影響を再構築した。2011年と2012年に、オレゴン州中部とカリフォルニア州南部の間にある8つの岩場の潮間帯で、地元で採集された個体群と一般的に採集された個体群から採集された成体イガイの生態学的パフォーマンスを測定した。各地点は潮間pHセンサーの大規模なネットワークと一致しており、pHとその他の環境ストレス要因を比較することができた。カリフォルニア産の成貝の成長と大きさは、サイト間および年ごとに緯度的に変化し、平均貝厚さ指数と貝重の成長はpHが低いと減少することがわかった。驚くべきことに、低pHでは貝長の成長と貝重に対する組織の比率が増加したが、予想通りには減少しなかった。対照的に、予想されたように、低pHでは貝の重量成長と貝の厚さは共に減少しており、OA曝露は捕食者や波の力に対する貝の防御力を低下させるという考えと一致していた。また、成貝の貝殻重量の成長と相対組織量は、pH変動の増加と負の関係にあることも明らかにした。これまでに報告されている海面水温、餌の入手可能性、空中曝露、発生場所の影響に加えて、局所的なpH条件を含めることで、観測された性能の違いを説明するモデルの説明力を高めることができた。局所的なイガイの個体群の反応は、一般的な原産地の個体群の反応とは異なっており、イガイの性能は遺伝的または持続的な表現型の違いに部分的に依存していることが示唆された。先行研究では低pHが幼生イガイに悪影響を及ぼすことが示されているが、本研究の結果から、カリフォルニア産イガイの成体では、少なくともいくつかの成績指標において、海洋酸性化への回復力が高い生活史へと移行していることが示唆された。また、本研究で得られたデータは、ムール貝の反応と環境条件の両方に「ホット」（より極端な）と「コールド」（より極端ではない）スポットがあることを示しており、将来の気候変動に対応した緩和アプローチを可能にする可能性がある。
Ocean acidification (OA) represents a serious challenge to marine ecosystems. Laboratory studies addressing OA indicate broadly negative effects for marine organisms, particularly those relying on calcification processes. Growing evidence also suggests OA combined with other environmental stressors may be even more deleterious. Scaling these laboratory studies to ecological performance in the field, where environmental heterogeneity may mediate responses, is a critical next step toward understanding OA impacts on natural communities. We leveraged an upwelling-driven pH mosaic along the California Current System to deconstruct the relative influences of pH, ocean temperature, and food availability on seasonal growth, condition and shell thickness of the ecologically dominant intertidal mussel Mytilus californianus. In 2011 and 2012, ecological performance of adult mussels from local and commonly sourced populations was measured at 8 rocky intertidal sites between central Oregon and southern California. Sites coincided with a large-scale network of intertidal pH sensors, allowing comparisons among pH and other environmental stressors. Adult California mussel growth and size varied latitudinally among sites and inter-annually, and mean shell thickness index and shell weight growth were reduced with low pH. Surprisingly, shell length growth and the ratio of tissue to shell weight were enhanced, not diminished as expected, by low pH. In contrast, and as expected, shell weight growth and shell thickness were both diminished by low pH, consistent with the idea that OA exposure can compromise shell-dependent defenses against predators or wave forces. We also found that adult mussel shell weight growth and relative tissue mass were negatively associated with increased pH variability. Including local pH conditions with previously documented influences of ocean temperature, food availability, aerial exposure, and origin site enhanced the explanatory power of models describing observed performance differences. Responses of local mussel populations differed from those of a common source population suggesting mussel performance partially depended on genetic or persistent phenotypic differences. In light of prior research showing deleterious effects of low pH on larval mussels, our results suggest a life history transition leading to greater resilience in at least some performance metrics to ocean acidification by adult California mussels. Our data also demonstrate "hot" (more extreme) and "cold" (less extreme) spots in both mussel responses and environmental conditions, a pattern that may enable mitigation approaches in response to future changes in climate.