製品を検索する
製品を選ぶ
アクアリストが知りたいバクテリアの役割
アクアリストが知りたいバクテリアの役割
 |
「天然のサンゴ礁から家庭の水槽まで、生態系を安定させる基盤がバクテリアです。直接観察することは難しいですが、岩や砂の隙間などに生息し、重要な役割を担っています。水槽の様子がおかしいと感じたら、それはバクテリアに注意が必要というサインかもしれません。水槽の環境を健康な状態に保つには、水槽内に存在する微生物を深く理解することが必要です」 担当：ハンナ インスツルメンツ・ジャパン アプリケーションエンジニア コスマス（生物工学 博士） |
目次
1.アクアリストが特に注目するバクテリアとは？
2.サンゴ水槽内における生体の健康維持に関するバクテリアの重要性
3.マリンアクアリウムのバクテリアには何が影響しているのか？
4.サンゴ水槽のバクテリアを分析してみた
5.分析結果とアドバイス
バクテリアは、海洋サイクルにおける生化学的プロセスに関与する最も重要なファクターで、魚やサンゴの健康にも大きく関わっています。また、バクテリアプランクトンはサンゴの餌として重要な役割を果たしています。マリンアクアリウムにおいてもバクテリアの状態が良ければ、アクアリウム全体が良い状態になると言っても過言ではありません。
本記事では、サンゴ水槽に生息する海洋微生物の生物学的な役割を明らかにし、栄養レベル、pHバランス、光量、魚の健康に及ぼす影響に焦点を当て、菌組成を調査することを目的としています。このような側面を探ることで、アクアリストが最適な水槽環境を作り、維持するための貴重な知見を得ることができます。
アクアリウムでは、栄養分の処理に関わる微生物（バクテリア）、「藻」（シアノバクテリア）、病原体はつねに関心ごとと言えるでしょう。水槽のサンプルでこれらのグループをスクリーニングすれば、仮に生息数が少なくても、これらの微生物について知見を得ることができます。
2.サンゴ水槽内における生体の健康維持に関するバクテリアの重要性
アンモニア（NH3）は水槽に入ると、その共役対であるアンモニウム（NH4+）に変化します。アンモニアは水中から水素イオンを受け入れるので塩基に分類され、アンモニウムはアンモニアの共役酸として働き、水素イオンの一つを放出してアンモニアを改質します。この水素イオンの受け入れと放出のプロセスは、連続的に行われます。
水槽の水のpHは、アンモニアとアンモニウムの存在比率を決定する上で重要な役割を果たし、水温は副次的な影響しか及ぼしません。pHが低い場合（6.5以下）、アンモニアの99.7％以上はアンモニウムの形で存在します。一方、高pHレベル（11.5以上）では、全アンモニアの98％以上がアンモニアの形で存在します。混乱を避けるため、多くの著者は、NH3とNH4+の両方を含む、存在するすべてのアンモニアを指すために「アンモニア」という用語を使用しています。この議論では、アンモニア（NH3）とアンモニウム（NH4+）の合計を明示的に指すために「全アンモニア」という用語を使用しています。
アンモニア（NH3）は気体であるため、水酸化アンモニウムを含む洗浄液（pH12以上）では、においで感知することができます。逆に、塩化アンモニウムを含む洗浄液（pH4.6～6.0）はアンモニア臭を感じません。また、アンモニアは電荷を持たず、プラスに帯電した陽イオンでもマイナスに帯電した陰イオンでもない「非イオン」です。アンモニウム（NH4+）はプラスに帯電しているため、陽イオンとして作用します。
アンモニアとアンモニウムの区別は、アンモニアが電荷を帯びていないため、細胞膜を容易に通過できることから重要です。この特性により、アンモニアは全アンモニアの中で有毒な形態となります。前述のように、魚はアンモニアを受動的に排泄しますが、その流れの方向が逆転することがあります。水槽のアンモニア濃度が魚のアンモニア濃度を上回ると、水中から魚にアンモニアが流れ込み、アンモニア中毒を引き起こします。
さて、ちょっと寄り道して、新しい魚を水槽に馴染ませるための実践的なアドバイスについてお話します。魚が入った袋の中の状況を考えてみましょう。魚は呼吸して二酸化炭素を発生させ、水のpHを下げています。同時に、アンモニアも排泄しています。その結果、袋の中の水は全アンモニア濃度が高く、pHは低く、全アンモニアのほとんどが無毒なアンモニウムの形で存在することがわかります。したがって、魚はアンモニア中毒から比較的安全です。袋を開けてきれいな海水を徐々に加えるとpHが上昇し、全アンモニアの多くが毒性のあるアンモニア型に移行して魚にストレスを与えることになります。バッグ内での馴化期間にもよりますが、ゆっくりとした点滴による馴化作業は、魚にとって良いことよりも悪いことの方が多いかもしれません。筆者の意見と経験では、一般的に、ゆっくりとした点滴馴化プロセスよりも、袋の水から新鮮な海水に素早く移した方が（熱ショックを避けながら）魚のために良いと思います。
先に述べたように、魚から出るアンモニアは水槽内の主要な窒素源として機能します。多くの著者が書いていることとは逆に、硝化細菌が利用するのはアンモニア（アンモニウムではない）です。これは、アンモニアが電荷を帯びていないため、細胞膜を自由に移動できるのに対し、アンモニウムは移動できないからです。アンモニアが硝酸塩に酸化されるのは、以下のような手順で行われます：
1. 2 NH4+ + 3O2 → 2 NO2– + 2 H2 O + 4 H+ (ニトロソモナス)
2. 2 NO2– + O2 → 2 NO3– (ニトロバクター、ニトロスピナ)
3. NH3 + O2 → NO2– + 3H+ + 2e-
4. NO2– + H2O → NO3– + 2H+ + 2e-
キーポイント
・硝化とは、アンモニア酸化細菌（ニトロソモナスなど）によるアンモニア（NH3）またはアンモニウム（NH4+）の亜硝酸（NO2-）への酸化と、亜硝酸酸化細菌（ニトロバクターなど）の硝酸（NO3-）への酸化の2つの異なるプロセスの純結果を指します。
・硝化はエネルギー的に非常に貧弱であるため、どちらのタイプの生物も成長速度が非常に遅くなります。
・アンモニウムと亜硝酸の酸化には酸素が必要で、アンモニア酸化菌と亜硝酸酸化菌は好気性菌です。
式が示すように、硝化プロセスの各段階で水素イオン（H+）が生成されます。最初は、水の緩衝能がこの水素イオンを中和します（海水によくある炭酸塩緩衝系はH+イオンを受け入れます）。pHは水中の水素イオンの濃度を表し、負の数で表されます。そのため、水素イオンを多く添加すると、pHの値がマイナスになりにくくなります。例えば、pH7.8はpH8.2に比べて水素イオンの濃度が高いことを示しています。
海水の平均的なpHは約8.1ですが、水深や場所によって若干の差があります。海洋魚は、海洋のほとんどの生物とともに、pHの変化に適応するための進化的圧力がなかったため、pHの変化にあまり適応していません。一方、淡水魚は一年を通してpHが大きく変動することがあります。海藻から無脊椎動物、魚類に至るまで、人間活動の結果、海が過剰な二酸化炭素を吸収した結果、pHが低下しているためです。
3.マリンアクアリウムのバクテリアには何が影響しているのか？
多くの場合、生物は環境の変化に敏感なデリケートな性質を持ち、有害な生物は悪条件に強いという性質を持っています。この法則はバクテリアにも当てはまります。特に夏場の高温、厳しい濾過、化学薬品の使用、酸素濃度の変動は、水槽内のバクテリアの生態系を急速に悪化させます。この障害は、水質パラメータの変化、魚の病気の発症、藻類やシアノバクテリアの繁殖として現れることが多いです。また、窒素系バクテリアの増殖は緩やかなペースであるため、その個体数を減らすと数週間のうちに影響が出ます。そのため、水槽内のバクテリアは定期的に適切な製品で補充することが望まれます。
まず、水槽のサンプルをポテトデキストロース寒天（PDA）シャーレで培養し、コロニーの形態や発色などの物理的特性を評価しました。さらに、薄層クロマトグラフィー（TLC）を用いて細菌の特徴を調べ、その結果を標準的な系統樹と比較しました。
このシャーレから、ニトロソモナスとシアノバクテリアに似た特徴を持つ2種類の胞子が目視で確認されました。この胞子をさらに詳しく調べるため、酢酸エチルで抽出した。抽出されたサンプルは、薄層クロマトグラフィー（TLC）およびカラー染色技術によって分析されました。このような包括的なアプローチにより、胞子のユニークな組成をより深く理解することができました。
TLCの結果を標準的な系統樹と比較することで、既知の種と細菌の関連性を初期評価することができました。この比較分析は、分類学的な分類の可能性を推測したり、サンゴ水槽内に存在する特定の細菌株を特定したりするのに役立ちました。
しかし、物理的な特徴やクロマトグラフィーのみに基づく細菌の同定は、種レベルの決定的な同定をもたらさない可能性があることに留意することが重要です。より正確な分析のためには、DNA配列決定や16S rRNA遺伝子分析などの高度な分子技術を採用する必要があります。
下記の表は、一般的な海水水槽に見られる微生物群の平均的な存在量を精査し、社内のサンゴ水槽を確認したものです。
| 分類 | 種類 | 割合 |
| 亜硝酸酸化細菌(Nitrite-oxidizing Bacteria) | ニトロバクター、ニトロマツ科、ニトロスピラセア科 | 0.14% |
| 魚類病原体(Fish pathogens) | なし | 0.00% |
| シアノバクテリア(Cyanobacteria) | アカリオクロリド科、ホウノキ科、シュウカイドウ科、シネコッカス科、ウラジロガシ科、ゼノクロコッカス科 | 0.32% |
| サンゴの病原体(Coral pathogens ) | なし | 0.00% |
| アンモニア酸化細菌(Ammonia-oxidizing Bacteria ) | ニトロソモナド科、ニトロソコッカス属 | 0.67% |
| 古細菌(Archaea) | シュウカイドウ科 | 0.85% |
今回、サンゴの病原菌は確認されませんでしたが、表1に示すようにシアノバクテリアが疑われました。 水槽にシアノバクテリアが発生した場合の対処法として、以下の方法をお勧めします：
最適な水環境を確保する：サンゴの健康を促進し、シアノバクテリアの増殖を防ぐために、水温、塩分、pH、栄養レベルを適切に維持する。
照明条件を調整する：藍藻類は光量の少ない環境で繁殖するため、水槽の照明の時間や強さを調節して、繁殖を抑制することを検討しましょう。
栄養素のレベルを管理する：過剰な栄養素はシアノバクテリアの増殖を促進するため、定期的に水中の硝酸塩とリン酸塩のレベルを監視し管理する。定期的な水換えを行い、過剰な給餌を避け、健康的な栄養バランスを維持しましょう。
シアノバクテリアの物理的除去岩や珊瑚などの表面に付着した藍藻をサイフォンで吸い取ったり、削り取ったりして、目に見える藍藻をやさしく取り除きます。濾過装置は定期的に清掃し、蓄積を防ぎましょう。
健康な水槽を維持するためには、これらの推奨事項を一貫して守ることが重要です。定期的に水質や栄養レベルをモニターし、サンゴの行動を観察することで、サンゴの健康を確保し、シアノバクテリアの過剰繁殖を防ぐことができます。