科学者が草と牡蠣を使って川を浄化する方法

このストーリーはもともと Yale Environment 360 に掲載されたもので、 Climate Deskコラボレーションの一部です 。

ニュージャージー州カムデン近郊で、先日の夏の朝、米国環境保護庁（EPA）のダイバー2人がデラウェア川の水面下3メートルの堆積物の上空をホバリングしていた。激しい流れに飲み込まれ、視界はわずか60センチほどしかない中、彼らは生態系に不可欠な植物、アメリカオオバコ（Vallisneria americana）、または野生のセロリグラスの移植作業を行っていた。ダイバーの1人がGoProカメラと懐中電灯を手に持ち、細いリボン状の葉が流れにしなやかに揺れる様子を、手ブレの激しい映像で撮影した。

EPAのボートからダイバーたちの泡が水面に浮かび上がるのを見ていたのは、カムデンのアドベンチャー水族館にある水生科学センターの体験プログラム監督、アンソニー・ララ氏だ。ララ氏は、冬の芽から長さ約24インチの成熟した草まで、これらの植物を水槽で数か月間育ててきた。

「野に放つと、競合する植物に押し出されたり、アヒルに食べられたりするかもしれないので、少し不安です」と彼は言った。「でも、それが人生なんです」

これは、デラウェア川、ハドソン川、チェサピーク川の流域における公共アクセス、清浄水、沿岸域の回復力強化に重点を置く非営利団体、アップストリーム・アライアンスが主導する新たな復元プロジェクトにおける最初の植栽でした。同アライアンスは、水生科学センターと協力し、環境保護庁（EPA）の中部大西洋岸チームおよび全米魚類野生生物基金（NFF）の支援を受けて、淡水生態系に不可欠な野生のセロリグラスを河口域に再植林する取り組みを進めています。これは、約1,500万人の飲料水源であるデラウェア川の水質改善を目指し、植物と野生生物の活性化に重点を置いた新たな自然復元プロジェクトの一つです。

こうした取り組みは全米各地で展開されており、水質浄化法の成立から50年が経ち、都市部の水路は復活を遂げつつあり、活況を呈する兆しを見せています。しかし、生態系は依然として厳しい状況にあり、水域周辺に住む人々はしばしば水にアクセスできない状況にあります。科学者、非営利団体、学術機関、そして州政府機関は、二枚貝（カキやムール貝など）や水生植物といった生物に着目し、脆弱な生態系の回復、水質改善、そして回復力の向上に努めています。

二枚貝や水生植物は、浮遊粒子を底に沈めることで水の透明度を高め、より多くの光が水深まで浸透できるようにします。また、栄養素を吸収するだけでなく、他の生物が利用しやすいようにするなど、優れた栄養循環能力も備えています。繁茂した水中植物群落は炭素の吸収源として機能し、多くの小魚、カニ、その他の底生生物に食物と生息地を提供します。健全な二枚貝の生息床は、底生生物の生息地の基盤となり、堆積物を固定する構造を形成します。

「本来の回復力を持つ動植物の機能的な利点を活かして、それらを再生してみてはどうでしょうか？」と、フィラデルフィア南西部で淡水イガイの養殖場を先導するデラウェア河口パートナーシップの科学ディレクター、ダニエル・クリーガー氏は言う。「そうすれば、侵食防止、水質改善、魚類や野生生物の生息地の確保、そして人々のアクセス向上も実現できるのです。」

フィラデルフィアの北100マイル（約160キロメートル）にある「ビリオン・オイスター・プロジェクト」は、2010年からニューヨーク港の二枚貝の再生に取り組んでおり、1万人以上のボランティアと6,000人の学生がこのプロジェクトに参加しています。北アイルランドのベルファスト湾には、最近まで1世紀前に絶滅したと考えられていたカキの養殖場が設置されています。また、シカゴの西30マイル（約48キロメートル）にある養殖場では、25,000匹のムール貝を周辺の水路に放流し、一般的な淡水産の二枚貝の個体数を増加させています。

チェサピーク湾とタンパ湾では長年にわたり、海草の再生プロジェクトが進められており、最近では海草種の急激な減少が見られるカリフォルニアでもプロジェクトが進められています。（例えば、モロ湾では過去15年間でアマモ場の90%以上が失われました。）カリフォルニア海洋保護協議会が策定した「カリフォルニアの海岸と海洋を守るための2020年戦略計画」は、わずか15,000エーカー（約5,000ヘクタール）しか知られていない海草場を保護し、2025年までにさらに1,000エーカー（約4,000ヘクタール）を耕作することを目指しています。

科学者たちは、これらのプロジェクトは、水路に流入する汚染物質、主に下水や肥料由来の過剰な栄養塩類の継続的な抑制戦略と並行して実施する必要があると強調しています。これは水質改善において依然として最も重要なステップです。例えば、チェサピーク湾では数十年にわたる水生植物の植栽が行われていますが、科学者たちは、植物のわずかな増加は、主に栄養塩汚染の減少に伴う自然回復によるものだと述べています。

複雑な生態系への人間の介入は、十分な遺伝的多様性を確保する方法や、食料や資源をめぐる競争を監視する方法など、多くの切実な懸念を引き起こします。科学者たちは、多くの場合、人間は経験を積みながら学んでいると述べています。

それでも、自然環境が改善しつつある地域では、二枚貝や水生植物を復活させることで、生態系全体の永続的な基盤を築くことができます。そして、復元活動は、人々を水路と結びつけ、私たちの生存に不可欠な生態系について理解を深める、積極的なスチュワードシップの一形態です。

5年前まで、デラウェア川河口域における野生のセロリグラスの群落の広がりは、いささか謎に包まれていました。多くの科学者は水質が適切ではないと考えており、河口域には堆積物が多く、潮の満ち引き​​で水が濁るため、航空写真では植物は確認できませんでした。

しかし2017年、EPAの研究者たちは水没植物の調査をボートで開始し、ニュージャージー州パルマイラからカムデン、フィラデルフィアを過ぎ、ペンシルベニア州チェスターに至るデラウェア川の27マイル（約43キロメートル）区間の一部でこの植物が繁茂しているのを発見し、驚きました。ここは、デラウェア川流域委員会が「主要な接触を伴うレクリエーション」（ジェットスキー、カヤック、水泳など）に安全ではないと指定した唯一の区間です。

EPA中部大西洋岸地域の上級流域コーディネーター、ケリー・サマーズ氏は、健全な草床の発見は大変喜ばしいことだと述べています。なぜなら、この植物は水質の指標となるからです。創設者兼会長のドン・ボー氏によると、オンラインマップからアクセスできるEPAの研究は、アップストリーム・アライアンスの復元作業に特に役立っています。野生のセロリグラスに関する研究のほとんどは、主にチェサピーク湾など他の地域で行われているからです。野生のセロリグラスをはじめとする水生植物の復元は、30年以上前から同地域で行われています。

チェサピーク湾の専門家の中には、メリーランド州天然資源局の水生生物学者マイク・ネイラー氏がいます。彼は1990年代に国立公文書館所蔵のチェサピーク湾の画像を調べ、1930年代と1950年代の湾内の草地の様子を調べました。バージニア海洋科学研究所による同様の研究と組み合わせることで、当時少なくとも20万エーカー（約9万平方キロメートル）の海中植物が繁茂していたが、1984年までに約3万8000エーカー（約1万平方キロメートル）に減少したことを発見しました。

7月中旬にネイラー氏と話したとき、彼はちょうどショアリバーズグループのボランティアたちと一緒に、赤毛草（Potamogeton perfoliatus）を収穫していたところだった。収穫量はピックアップトラックの荷台を埋め尽くすほどで、そこから植え替え用の種子が数ガロン得られるという。

近年、チェサピーク湾の科学者たちは、成熟した植物の移植から、はるかに資源消費量が少なく労力も少ない直播きへと切り替えました。「たった3人で1日で数十エーカーの種を撒くことができます」とネイラー氏は言います。

より効率的な技術と、植物の要求に関する蓄積されたデータに基づいた場所の選定を組み合わせることで、復元活動の成功率を大幅に高めることができるでしょう。しかしながら、科学者たちは、過去30年間の海草の成長の緩やかな増加は、主に水質改善に伴う自然な再繁殖によるものだという点で一致しています。

「チェサピーク湾では、広範囲にわたる水生植物の回復につながったのは、栄養負荷の削減です」とメリーランド州セントメアリーズ大学環境研究プログラムの助教授、キャシー・ガービス氏は言う。

過剰な栄養分、主に下水や農業排水に含まれる窒素とリンは、水質への最大の悪影響の一つです。そして、二枚貝はこの問題の解決に貢献することができます。15か所のサンゴ礁でカキの再生に成功した「ビリオン・オイスター・プロジェクト」は、カキが水質にどのような影響を与え、また水質がカキにどのような影響を与えるかを明らかにしようとしています。このプロジェクトの目標は、2035年までにニューヨーク港に10億個のカキを再生することです。

2017年にブロンクス川河口で実施されたパイロットプロジェクトでは、海産イガイの浄化能力が研究されました。研究者らは、河口を漂う成体のイガイ33万7000匹が、6ヶ月で組織と殻に138ポンド（約64kg）の窒素を隔離できると推定しました。1匹のイガイは餌を食べながら、1日に最大20ガロン（約9.7リットル）の水をろ過し、余分な窒素を殻や組織に吸収させるか、廃棄物として堆積物に埋め込むことで除去します。淡水イガイは水質悪化に特に敏感であるため、最も絶滅の危機に瀕している動物群の一つです。

「流域によっては、淡水イガイが消滅した理由が今も残っており、まだ完全には回復できない状態です」と、デラウェア河口パートナーシップのクリーガー氏は語る。同団体は15年間にわたりこの地域で淡水イガイの研究を行っている。その理由には、浚渫や埋め立てによる生息地の破壊、流出水による堆積や沈泥、そして温暖化や雨水流出量の増加といった気候変動要因などが含まれる。

「多くの地域では水質が十分に回復し、生息地も安定しているため、再建が可能です」とクリーガー氏は語る。パートナーシップが提案する孵化場と教育センターは、毎年50万匹の在来ムール貝を繁殖させる能力を持つ。

クリーガー氏は、養殖場で育てられたムール貝を大量に放出すると遺伝的多様性が薄まり、野生に病気を持ち込む可能性があるという懸念に対処するため、養殖場チームはバイオセキュリティと遺伝子保存計画に取り組んでいると述べた。

「繁殖や復元プロジェクトは、現在の遺伝子構成と多様性を維持し、自然と進化のプロセスを阻害すべきではありません」と、シカゴのシェッド水族館ダニエル・P・ハーサー保全研究センターの研究生物学者、井上健太郎氏は語る。彼は、シカゴ地域の水路に約2万5000匹のムール貝を放流したアーバンストリームリサーチセンターの孵化場と協力し、復元現場から採取したDNAサンプルを分析している。

重要な問題は、繁殖された個体の多くが全く同じ母親由来の遺伝子を持っていることです。（孵化場から最初に放流された24,000匹の稚貝は、わずか4匹の母貝から生まれた子孫でした。）センターは、次のシーズンに同じ遺伝子を持つ個体が繁殖しないように、貝にタグを付けることで、こうした懸念をいくらか軽減しようと取り組んでいます。それでもなお、「孵化場で育てられた稚貝を野生に放流した後は、放流後のモニタリングをさらに行う必要があります」と井上氏は言います。

こうした懸念にもかかわらず、科学者たちは二枚貝や水生植物群を復活させることは、水質改善を継続するための重要な手段だと述べています。クリーガー氏は、「私たちは自然が自らを清潔に保つ能力を回復させているのです」と述べています。