Spatial Configuration and Multi-trophic Colonization in Modular Artificial Reefs: A Design-Research Field Study for Reef Restoration in the Gulf of Thailand

海底は平坦で空虚な砂漠ではなく、隠れた部屋、狭いトンネル、そして開かれた広場が点在する景観であり、それぞれがそこに住む生物たちに異なる種類の安全性と機会を提供している。数十年にわたり、科学者たちは、サンゴ礁の物理的な形状こそが、そこにどれほど多くの魚や他の動物を支えられるかを決定する最も重要な要因であることを知ってきた。深い裂け目や複雑な隅々を持つ礁は、捕食者から身を隠す小さな生物に隠れ家を提供し、一方で開けた空間は大型の魚が自由に泳ぎ回り、狩りをすることを可能にする。自然のサンゴ礁が嵐や汚染、あるいは海水温の上昇によって損傷を受けた際、コミュニティは海の中に人工構造物を投入することで問題を解決しようと試みてきた。これらの人工礁は、通常コンクリートや再利用された素材で作られており、自然の複雑さを模倣し、海洋生物の回復を促すことを目的としている。しかし、これらの構造物の設計は、特定の形状がどのように特定の種類の動物を引き寄せるかという明確な理解なしに、直感や単純な幾何学（例えば立方体を積み重ねたり、ドームを落としたりすること）に基づいていることが多い。問いは依然として残っている。穴、壁、そして開けた空間の正確な配置は、構造物の純粋な大きさよりも重要なのか、という点である。

タイ湾において、ある研究チームは、水中世界をデザインの課題として捉えることで、この問いに答えるべく着手した。彼らは、それぞれ独自の内部レイアウトを持つ4種類の異なる小型モジュール式人工礁を製作し、コー・カイ沖の海底に設置した。どの形状が最適かを推測する代わりに、彼らは「デザイン・リサーチ」と呼ばれる手法を適用した。これは、海洋生物のニーズを精密な建築的ルールへと翻訳するプロセスである。彼らは、空間がいかに閉鎖されているか、開口部のサイズ、そしてそれらの開口部がどの方向を向いているかという3つの主要な特徴に焦点を当てた。その目的は、小さなカニが狭い隙間に隠れることから、開けた水域を泳ぐ魚の群れに至るまで、異なる種類の生命を具体的に誘い込む構造物を設計できるかどうかを確認することであった。

研究者たちは、低炭素コンクリートと3Dプリンティング技術を用いて、4つの明確に異なるプロトタイプを製作した。最初の設計である「ランダム化岩石模倣（Randomized Lithic-Mimicry）」は、さまざまなサイズの不規則な隙間を持つ、散乱した岩の山のような外観をしており、迷路のような隠れ場所を作ることを意図していた。2番目の「層状相互連結避難所（Tiered Interconnected Refugia）」は、段差のあるプラットフォームと広い水平トンネルを備えたコンクリートの層を積み重ねたような構造で、異なるサイズの生物にシェルターを提供することを目的としていた。3番目の「垂直空洞（Vertical Cavities）」は、構造体を通じて水流と酸素を送り込むように設計された、上から下まで通る高い煙突のような管を特徴としていた。4番目の「水平層状空洞（Horizontal Stratification Cavity）」は、ユニット内を横方向に走る広い平坦な通路を作り出す、互いに組み合わさった三角形のブロックで構成されていた。これら4つの構造物はそれぞれ水深約6〜8メートルに沈められ、海洋生物による定着に委ねられた。3ヶ月間にわたり、研究者たちは30日ごとに現地に戻り、水中写真とビデオを撮影し、各構造物の異なるゾーンにおける魚類と無脊椎動物の数を注意深くカウントした。

結果は、明確かつ驚くべきパターンを明らかにした。すなわち、あらゆる種類の動物にとって完璧な設計というものは存在しないということである。研究では、「閉鎖度（囲われ具合）」、つまり開けた空間と隠れたシェルターの割合が、一方のグループの動物を優遇するかどうかを切り替えるスイッチとして機能することが判明した。最も開けた露出面を持つ構造物、特に水平通路を持つものは、最も多くの魚を引き寄せた。これらの魚は主に回遊種や一時的な訪問者であり、周囲の状況を確認しながら自由に泳げる開けた水域を好んだ。対照的に、岩の山や積み重ねられた層のような、最も閉鎖的で迷路のような空間を持つ構造物は、カニ、エビ、巻貝などの無脊椎動物によってすぐに埋め尽くされた。これらの生物は、捕食を避けるために隠れることが多く、安全だと感じる狭く暗い隙間で繁栄したのである。

興味深いことに、研究者たちは、魚類と隠れる生物たちが単に異なる場所を好むだけでなく、互いの理想的な環境を積極的に避けていることも観察した。空間がより閉鎖的であるほど、そこに見られる魚は少なくなり、代わりに無脊椎動物が多く定着した。逆に、最も開けたエリアには魚が密集していたが、隠れる生物はほとんどいなかった。このことは、単一の人工礁では、魚を引き寄せることと、小さく隠れた生命を保護することの両方を同時に最大化することはできないことを示唆している。また、研究は「時間」が極めて重要な役割を果たすことも示した。実験の初期段階では、ほとんどの魚はただ通り過ぎるだけだったが、構造物が古くなるにつれて、特にシェルターゾーンにおいて、より多くの魚がそこに留まり、生活し始めるようになった。しかし、小さな生物たちははるかに早く移動し、多くの場合、最初の1ヶ月以内に最も狭いスペースを占拠した。

この知見は、巨大で均一な人工礁を建設するという一般的な慣行に疑問を投げかけるものである。あらゆることをこなそうとする一つの巨大な構造物を投入する代わりに、研究者たちは、異なる設計を混在させて配置すべきであると提案している。魚を引き寄せるための構造物と、無脊椎動物を保護するための構造物を隣接して配置することで、コミュニティはより多様で回復力のある「水中近隣住区」を作り出すことができる。また、本研究は、構造物同士の間のスペースも、構造物そのものと同じくらい重要であることを強調した。リーフを取り囲む開けた水域は魚が集まる場所となり、個々のブロックだけでなく、リーフ全体の配置がエコシステムを形作ることが示された。

本研究は、各設計が一つずつしかテストされていないという限界はあるものの、得られたパターンは、人工礁の再生に関する新しい考え方を提示するのに十分な強固なものであった。研究によれば、人工礁の成功は、その総重量や大きさよりも、穴やトンネルの具体的な幾何学的形状に依存するという。異なる種のニーズに合わせて内部レイアウトを注意深く設計することで、科学者やエンジニアは、より幅広い生命を支える水中環境を創出することができる。このアプローチは、単に海にコンクリートを置くことから、すべての亀裂や開口部が特定の目的を持って配置される、より思慮深い「建築的手法」による海の再建へと移行するものである。この研究は、適切な設計があれば、私たちは海洋の底に生命を呼び戻すための生息地を設計できるということを示す、概念実証としての役割を果たしている。