Comparative Nutrient Removal and Biomass Production by Chaetoceros neogracile, Isochrysis galbana, and Tetraselmis chuii in Saline Aquaculture Wastewater

海洋は広大で生命力に満ちたシステムですが、養殖場の周囲の海水はそれとは異なる物語を語っています。大量の魚が飼育されると、その魚たちが住む水は、食べ残しの餌、魚の排泄物、そして窒素やリンといった溶解した化学物質が混ざり合った「スープ」のようになってしまいます。もしこの水を処理せずにそのまま海に放出してしまうと、酸素を枯渇させ海洋生物に害を与える連鎖反応、いわゆる富栄養化を引き起こす可能性があります。何十年もの間、科学者たちはこの水を自然な方法で浄化する方法を探求してきました。一つの有望なアプローチは、微細藻類と呼ばれる微小な植物を利用することです。これらの小さな生物は、水中掃除機の役割を果たし、自身の成長の糧として過剰な栄養分を吸収します。しかし、課題は、養殖場の水の塩分濃度や変動する環境下でも生き残り、かつ有用なレベルで十分に速く成長できる適切な種類の藻類を見つけ出すことです。

最近の研究で、研究者たちは3種類の海洋微細藻類を実際の養殖場からの廃水に対してテストすることで、このパズルを解こうと試みました。アブダビ大学カラチ校のアイシャ・カーン率いるチームは、どの種が最も多くのバイオマス（本質的には植物物質）を生成し、どの種が最も多くの汚染物質を除去できるのかを知りたいと考えました。彼らは、殻を作るためにシリカを必要とする珪藻の一種であるChaetoceros neogracile、海洋幼生の餌としてよく使われる小さな球状の藻類であるIsochrysis galbana、そして比較的収穫が容易な、より大型で平らな藻類であるTetraselmis chuiiという、3つの特定の株をテストしました。結果の信頼性を確保するため、研究者たちは単に生の未希釈の廃水を藻類に投入したわけではありません。代わりに、廃水を清浄な海水で希釈して、25%、50%、75%、100%の4段階の異なる強度の混合液を作成しました。また、標準的な実験室用飼料で藻類を成長させた対照群と、藻類を入れずに廃水のみを用いた群も設け、自然な変化を測定しました。

実験はガラス容器の中で2週間間行われ、水温は一定に保たれ、光と暗闇の一定のサイクルにさらされました。研究者たちは数日おきに水をチェックし、藻類の細胞数をカウントし、窒素、リン、および有機物がどれだけ減少したかを測定しました。また、最終的に乾燥させた藻類の重量を量り、正確にどれだけの新しい植物物質が生産されたかを算出しました。結果は明確なトレードオフを示しました。最も速く成長した藻類が、必ずしも最も水を綺麗にするものとは限らなかったのです。

Tetraselmis chuiiは、成長のチャンピオンであることを証明しました。廃水と清浄な海水が半分ずつ混ざった水の中に置かれたとき、この種はリッターあたり0.870グラムという最高のバイオマス重量に達しました。この種は着実に効率的に成長し、その特定の混合液において、他の2種よりも速く水中の栄養分を新しい細胞へと変えていきました。しかし、純粋に水を洗浄することが目的であれば、別の種がリードを取りました。Isochrysis galbanaは、75%の廃水中で成長させた際、最も高い割合で汚染物質を除去しました。この種はアンモニアの92%、硝酸塩の76%、リン酸塩の87%を除去しました。また、有機汚染の指標である化学的酸素要求量（COD）を63%減少させました。これは、Tetraselmis chuiiが植物の餌を作るのには優れていた一方で、Isochrysis galbaniは水を洗浄することに長けていたことを意味します。

この研究は、廃水の濃度も極めて重要であることを浮き彫りにしました。最も濃い未希釈の廃水では、藻類はより苦戦し、希釈された混合液と比較して成長が遅く、栄養素の除去量も少なくなりました。これは、生の廃水に含まれる高レベルのアンモニアやその他の化学物質が藻類にストレスを与え、その役割を果たす能力を制限していることを示唆しています。興味深いことに、研究者たちは、あるタスクにおいて最高のパフォーマンスを発揮したものが、もう一方のタスクにおいても最高であるとは限らないことを見出しました。最も多くのバイオマスを生産した種が最も多くの栄養素を除去したわけではなく、その逆も同様でした。この発見は極めて重要です。なぜなら、養殖場は単に一つの「スーパー藻類」を選べばすべてが完璧にこなせると期待できるわけではないからです。どの藻類を使用するかは、農場の目標に完全に依存します。もし優先事項が藻類を飼料や燃料として収穫することであれば、50%の混合液を用いたTetraselmis chuiiが適しています。もし優先事項が水を放流する前に浄化することであれば、75%の混合液を用いたIsochrysis galbanaが優れた選択肢となります。

こうした有望な結果にもかかわらず、研究者たちはこれが制御された実験室での実験であることを慎重に付け加えています。研究は小さなガラス容器の中で短期間行われており、これは実際の養殖で使用されている複雑な開放型システムとは大きく異なります。チームは、これらの知見が即座に商業利用できる段階にはないことを明示しています。これらの藻類株を大規模な廃水処理に使用できるようになる前に、継続的に稼働するパイロットスケールのシステムでの検証や、季節ごとにどのように性能が変化するか、そして収穫された藻類が重金属や病原体などの汚染物質に対して安全であるかの確認が必要です。現時点では、この研究は、微細藻類が海洋を浄化するための強力なツールを提供している一方で、適切なツールは目的とする仕事の内容によって決まるという、その可能性と限界を示す明確な地図を提供しています。