第2章 豊かなくらしに寄与する光 3 光と水産

東京海洋大学海洋科学部教授 森永 勤

3-1 光反応の不思議――魚の集散――

 集魚灯を利用する漁業としてはイカ釣り漁業が代表的であり、日本海や函館では夏の夜の風物詩にもなっている。イカ釣り漁業は大きな出力光源の集魚灯を補助機材として船上に設置し、誘引されたイカを機械で自動的に釣り上げることにより行われている。これらの光は通常(日常)に使用する定常光(連続光)であり、イカの走光性を利用してイカを船周辺へ誘致して、集魚効果に役立っていることを示す。(図1)

図1 集魚灯を利用したイカ釣り漁
図1 集魚灯を利用したイカ釣り漁(有元・稲田、2003)

 一般に集魚灯の光源出力は大きいほど釣獲量が増大すると古来より言われている。漁業者は海中の明るさを高めることが漁獲の増大に直結すると盲信し、光源出力の過剰な競争の拍車により漁家の経営に負担を強いている。このことにより光力規制の必要性が叫ばれ、調査研究されている。
 図2はイカ釣り小型漁船(16トン)周囲の水中放射照度分布を示している(荒川ら、1996)。光源の光力は80Kw、海中光の波長は510nmである。船底下は非常に暗いが、少し離れると明るくなり、13m深以下では深さとともに再び暗くなる。舷側は海面から15m深まで等照度で、非常に明るいことがわかる。また、図3は操業時のソナー画像(イカの群れ)と水中放射照度分布である(Arakawa et al.,1998)。船底下の30~70m深にイカが濃密に群れている。その中央の照度は2×10-2μWcm-2sec-1(510nm)で、イカの好適照度が読み取れる。一方、図4は光源出力と一日平均漁獲量の関係を示している。この図より、光源出力が100kW程度まで漁獲量は出力に比例して増大するが、150kW以上の高出力では漁獲量のばらつきも大きくなっている。このような実態をも含めて総合的な見地から、集魚灯光源の適正光力は180kWといわれている(有元・稲田、2003)。

図2 イカ釣り船周辺の水中照度分布(集魚灯の点灯時)
図2 イカ釣り船周辺の水中照度分布(集魚灯の点灯時)

図3 イカ釣り操業時におけるソナー画像と水中照度分布
図3 イカ釣り操業時におけるソナー画像と水中照度分布

図4 光源出力と漁獲量の関係
図4 光源出力と漁獲量の関係

 集魚灯の光源として、従来、たいまつやかがり火、白熱灯、ハロゲン灯、そして放電灯(メタルハライド灯)が使用され、近年では発光ダイオード(LED)へ次第に交換され、消費電力の軽減やランプの寿命などの利点により環境にやさしい省エネ化を目指している。しかし、光源の性能は釣獲の多寡に寄与しないと報告されている(岡本、2006)。
 一方、連続光(定常光)に対して断続光の光反応行動では、集魚灯のランプの切れる寸前、点滅やちらつきなどでスルメイカの逃避、逸散する現象が漁業者達から報告されている。このような光環境の急激な変動の有する刺激効果に対して、小池(1989)はマアジへの断続光照射の一連の実験を行っている。走光性の強いマアジを一周18mのドーナツ型水路に放ち、夜間に定常光を水路内の一点に照射すると、魚群は直ちに整然とした群れで光源に向かって遊泳し、光源下の直前で反転して暗い方へ向かう。その後、再び光源に近づきその直前で同じように反転して暗い方へもどる。
 定常光の代わりに断続光を照射すると、魚群の行動は今までとは変わっている。明暗周期が3.0c/sでは、照射と同時に光の届かない水域に回避するが、時々、光源域に近づいたりするのが見られる。明暗周期1.36~0.62c/sでは照射中に光の届く水域への接近やそこの通過はなかった。図5は一例を示す。白丸は断続光の照射の時、魚群が光源下へ接近した回数、黒丸は明るさが断続光の最大照度と同一の定常光の時、魚群が光源下へ接近した回数である。

図5 断続光に対するマアジの光反応(明暗周期)
図5 断続光に対するマアジの光反応(明暗周期)

 図6は水路内の照度(背景照度)変化における断続光および定常光の魚群行動の関係を示す。背景照度0.01lx未満のもとで明暗照度比が60:1以上の断続光では、魚群は直ちに回避して光源域への接近は見られない。背景照度が0.01~0.02lx以上と明るくなると、魚群は光源下へ接近あるいは通過している。

図6 断続光に対するマアジの光反応(背景照度)
図6 断続光に対するマアジの光反応(背景照度)

 断続光に対するマアジの行動反応(小池、1989)について、「光環境の短時間における変化の影響は、集魚効果(蝟集行動)とは全く逆の嫌忌効果(回避行動)として現われ、その効果は断続光の明暗周期や明暗照度比および照射光の色のみならず眼の順応状態によっても大きく変わる。これらの反応は生理学的な面からの感知限界、即ち、臨界融合頻度や明暗弁別閾値と異なる。」と要約されている。
 これらの成果から多光束照射装置(写真1)が考案され、この装置を光の垣網や汚染魚の囲い込み技術、あるいは海洋牧場へ応用できることを示唆している。

写真1 多光束照射装置
写真1 多光束照射装置

3-2 釣獲率の向上――釣り糸の見分け―――

 まぐろは世界の人々が最も好む食用魚の1つで、近年の健康ブームの拍車もあり、まぐろ価格は高騰している。
 まぐろの捕獲方法は大まかに二通りに分かれ、一つは小型魚体の群れを取り囲むまき網法、他は大型魚の単体を対象とする釣り漁法である。後者の釣り漁法では一本の釣り糸による曳縄操業と延縄操業が行われている。まぐろ曳縄操業の漁場は大間、松前、高知〔土佐清水〕など有名で、操業風景がテレビで度々放映されている。また、まぐろ延縄操業の漁場は通常、沖合域および遠洋(海外漁場)である。この漁業は漁獲制限枠の減少に加え人件費や油代などの莫大な経費を必要とするため、採算がとれず縮小傾向にある。
 科学技術の進歩による新素材の開発で、まぐろの釣り糸資材に従来のワイヤーがナイロンテグスへと取り替えられ、その結果、釣獲率の向上に役立つといわれている。このナイロンテグス資材はモノフィラメント製であり、保存の手入れもし易く、耐久性に優れている特性がある。
 春日(1990)はインド洋のベンガル湾漁場において、釣り糸の資材比較の試験操業を実施している。例えば、1988年の釣獲率はナイロンテグスが2.01パーセント、ワイヤー資材が0.34パーセントであり、前者が著しく大きい。即ち1,000本の釣り針のうち、前者が20.1匹後者が3.4匹それぞれまぐろが釣獲されていることになる。
 まぐろなどをはじめ魚の感覚器官は人間と同様、五感、即ち、視覚、聴覚、嗅覚、味覚および触覚が備わっている。特に、視覚は魚の生態行動に最も重要な役割を果たしていると思われる。森永ら(1990)は釣り資材の取替えによる釣獲率の向上の主因を、操業中の資材の視認距離の差異によるものと推測している。(図7)

図7 延縄操業の模式図
図7 延縄操業の模式図

 水中物体の視程理論では魚が物体を視認し得るか否かは物体の大きさ、物体のコントラストおよび海中の明るさの三要素で決まる。視認し得る物体の大きさは見た位置での視角(見込み角)で限定され、次式の関係が成り立っている。

計算式 
 ここで、Dは物体の大きさ、rは物体からの距離およびΦは視角である。なお視角Φの逆数を分単位表示したものが視力の定義とされており、まぐろの視力はNakamura(1968)によると0.18(skipjack tuna)と報告されている。また、物体の形状が枝縄のように非常に細長い時、通常の視力と異なり線視力が適用され、まぐろの線視力は0.90(視力の5倍)と仮定する。水中における物体の見かけのコントラストと固有のコントラストとの関係は次式のように示される。(水平方向を考える。)

例算式 
 ここでC(r)とC(o)は見かけおよび固有の各コントラスト、αは海水の光束消散係数、rは物体までの距離、Bb(o)とBb(r)は物体の位置および距離rでの背景の反射輝度である。また、枝縄の釣元ワイヤー(#28、3×3)およびナイロンテグス(#150、モノフィラメント製)の固有のコントラストは水槽実験から求めると、前者が6.3 後者が1.1に推定される。また、資材や餌のサイズ計測では、釣元ワイヤーは1.7mm(直径)、テグスは2.0mm(直径)および餌のサバは250mm(尾叉長)、70mm(体高)である。
 釣り糸の視認距離を推定するには見かけのコントラストと視角との関係図を作製する。まぐろのコントラスト閾値を0.05、十分な明るさ(170lx以上)の条件の時、中村(1989)の方法により清澄な水中における視認限界範囲を線視力0.9として求める。これより、まぐろの視認距離は釣元ワイヤーで3.6m、ナイロンテグスで1.1mと推定できる。このことは枝縄の視認距離が資材の種類で変わり、小さくなることを意味する。即ち餌に向かって突進してきたまぐろは釣元ワイヤーの場合は、枝縄の手前3.6mの距離で、ナイロンテグスの場合は、枝縄の直前1.1mの距離でそれぞれ視認することになる。このことが釣獲率の上昇に寄与しているものと考えられる。
 参考として、世界における各漁場での釣り糸の視認距離を表1に示す(Morinaga et al.,1993)。ワイヤーとテグスの視認距離の差異は最も清澄水のサンゴ海漁場では約3mと大きく、海水が濁るほどその差は小さくなる。また、同じ漁場において餌の視認距離は41mで、枝縄の手前のかなり遠方の位置から視認していることもわかる。
 このように、水中視程において釣り糸の種類により視認距離が小さくなる。このことがまぐろ釣獲率の向上に役立ち、ひいては省エネ化、省力化に貢献していると考察できる。

表1 釣り糸(ワイヤーテグス)や餌(サバ)の視認距離
表1 釣り糸(ワイヤーテグス)や餌(サバ)の視認距離

3-3 海苔の誕生――さざ波効果――

 浅海の海面付近で栽培するノリ養殖では、秋から翌年春までの期間、季節風の弱い年より連吹期の長い年にノリの生育が良好である経験則が知られている(田中、1966)。このような現象の起因には波動のレンズ作用による太陽透過光の短時間変動(佐々木、1953)の影響、大気と海面での溶存ガスの交換量の増大および栄養塩類の豊富な底層水の補給が挙げられている。また、海の表層における水中照度変動は濁り濃度が低いほどその変動ピークは深く、そこに生息する生物に影響があるとの報告(Dera and Gordon、1968)から、前記の経験則は海表面における光変動と関連があると推測され、藻類への断続光照射実験が試みられている(図8)。

図8 LED光照射実験装置
図8 LED光照射実験装置

 実験材料としてノリの代わりに微細藻のイソクリシス・ガルバナ(球形、粒径:4μm)を採用している。この試料は形状が球のため計測に適しており、また、海産性の単細胞であり幼貝の初期餌料として多用されている。照射光はさざ波程度の波動で生じる周波数の断続光を製作して、平穏な海面状況の連続光との対比照射により微細藻の増殖量;粒子数、体積および色素含有量の比較が検討されている。
 照射光源の白色発光ダイオードのスペクトル分布では、波長460nm、560nmにピークがあり、長波長側で減少する分光特性を持っている。照射光量は85μmol/m2/s、周波数は0.5、1.0、2.0Hzの三段階および連続光(定常光)としている。各培養容器内の微細藻は下部のスターラで常時撹拌されるため、試料へ万遍に照射され、また、水温は20±1℃に保持するよう設定されている。培養液はF/2培地を使用している。増殖の評価は成長曲線下面積の多寡を基準に決めている。
 図9はイソクリシス粒子数の増殖の経日変化を示している(大久保、2003)。光条件は左図が日周期(12L:12D)、右図が終日照射(24L)である。両照射期とも連続光が断続光より粒子数の増加が大きい傾向であることがわかる。例えば、1.0Hzの粒子数を比較すると、断続光は連続光のそれぞれ41~42パーセントと58~62パーセントに該当している。また、体積の増殖の経日変化は粒子数の場合と同様で、連続光が常に大きい現象を示している。さらに、図10は総色素含有量の増殖の経日変化を示している。左図の日周期では連続光と断続光の意差は見られないが、右図の終日照射では連続光と断続光の相異に有意の差(危険率0.05)がある。しかし、断続光間では総色素含有量の相異は見られない。表2は実験最終日、9日目における各色素含有量の値を示している。この表より、クロロフィールa(Chl.a)、ディアディノキサンチン(Dd)フコキサンチン(Fc)の各色素では断続光が連続光より大きいことがわかる。ここで一日あたりの照射総光量子量を同等にして比較すると、やっぱり断続光の方が色素含有量の増加割合が多いといえる。従って、植物色素を多く含む葉体が良質で美味しい海苔であることから、季節風による海面のさざ波作用で発生した海中透過光の短時間変動がノリの色素含有量の増加を促進させ、美味しい海苔が産出されることになる。

図9 日周期  図9 終日照射
図9 細胞数の増殖の経日変化

図10 日周期  図10 終日照射
図10 全色素含有量の増殖の経日変化

表2 各色素含有量の増殖割合
表2 各色素含有量の増殖割合

3-4 アワビの成長――光の謎――

 沿岸資源生物のアワビは夜行性動物であり、昼間は深所の巣穴に潜み、夜間特に闇夜では巣穴から出て、索餌や移動のため活発に匍匐行動する。また、彼等は藻場に群生しているワカメ、アラメおよびカジメなどの海藻を摂食し、成長している。なお、アワビの光感知器官は外見からではその位置の確認は困難であるが、触覚である細長い2本のひげの根元に備わっている。
 アワビの夜間行動は屋外水槽による目視観察や匍匐行動計測装置により調べられている(森川ら、1993)。表3は自然光下における夜間行動の目視観察結果である。この表より、匍匐距離と静止時間については、月夜と闇夜で大きく相違することがわかる。

表3 月夜と闇夜に於ける匍匐量、摂餌量、静止時間
表3 月夜と闇夜に於ける匍匐量、摂餌量、静止時間

 また、図11は匍匐行動計測連続記録装置の計測システムの模式図を示す。この計測装置はカゴの中に1個体を入れ、移動ごとの重心位置の変化がカゴを吊り下げた糸の張力変化に連動し、コンピュータで連続記録できる仕組みである。図12はこの装置を利用して夜間行動を抑制する明るさを求めるデータの一例を示す(森川ら、1995)。実験日1~6日及び13~18日における光条件は、昼間の明るさ10μmol/m2/s、夜間は暗黒としている。図より昼間は静止、夜間は行動する活動パターンが読みとれる。実験日7~12日では夜間の明るさを10-2、10-3、10-4、10-5と順次低下させ夜間活動のパターンの変化を読み取り統計の検定により求める。夜間行動を抑制する明るさは10-3μmol/m2/s以上となる。

図11 アワビ匍匐行動計測システム
図11 アワビ匍匐行動計測システム

図12 光量別匍匐行動の頻度分布
図12 光量別匍匐行動の頻度分布

 アワビ類の増殖事例として、光周期短縮によるクロアワビの成長が調べられている。人工照明の光源として白熱電球(20W、100V)を二個配備し、タイマーで光周期の短縮を調節する。光周期の短縮は五段階:24D(恒暗)、15L9D、12L12D 9L15D、6L6D×2(L:明期 D:暗期)である。実験の方法は各水槽内にカゴ網を設置、その中にシェルター(巣穴)を敷設して、流水状態で飼育する。稚貝のサンプル(平均殻長:6cm 平均湿重量:35g)は各16固体、成貝のサンプル(平均殻長:10cm 平均湿重量:136g)は3~4固体とする。それぞれのサンプルは個体識別可能であり、飼育期間は1年間餌料はアラメ・カジメの藻類を十分与えている。図13は稚貝の光周期別な成長を示す。上部が殻長、下部が湿重量をそれぞれ表している(森川、1995;森川・森永、2007)。図中の棒線は標準偏差を意味する。この図から、成長の良い順の光周期は24D、9L15D・・・である。これらの光周期はいずれも検定(危険率0.05)で有意な差がある。一年間の成長量をみると、殻長では24D(恒暗)で約18mm、9L15Dで約11mm、湿重量では前者が約40g、後者が約21gそれぞれ増加している。また、6L6D×2の光周期は一年未満であるけれど成長に効果がある。図14は成貝の光周期別な成長を示す。上部が殻長、下部が湿重量をそれぞれ表している。例えば、9L15Dでは成長量(1年間)は殻長約2mm、湿重量約22gである。実験個体数が少ないけれども、この成長段階のレベルでは光周期は成長にあまり影響しない傾向である。両サンプルの化学成分の分析結果は不明である。以上から、アワビの光感覚は非常に優れている。また、光周期短縮によるアワビの成長促進は成貝で無く、稚貝に効果があり、その効果は成長段階レベルで変化し、最大効果の光周期は24D(恒暗)であると考えられる。
 今後、成長速度や成熟の速い夜行性生物を対象にすれば光資源の有効活用となるであろう。


図13 稚貝の光周期短縮による成長(上部:殻長 下部:湿重量)

引用文献

(注1)荒川 久幸・崔 析珍・有元 貴文・中村 善彦(1996):小型イカ釣り漁船の集魚灯の海中照度分布 日水誌 62(3), 420~427
(注2)Arakawa H., Choi S., Arimoto T. and Y. Nakamura(1998):Relationship between underwater irradiance and distribution of Japanese common squid under fishing lights of a squid jigging boat. Fish. Sci. 64(4), 553-557
(注3)有元 貴文・稲田 博史(2003):スルメイカの世界―資源・漁業・利用― 成山堂書店 東京
(注4)岡本 研正(2006):イカ釣り漁船用青色LED集魚灯の開発で消費電力を抑え省エネ化を実現 Techno Innovation 16(4) 54-55 社団法人農林水産先端技術産業振興センター
(注5)小池 隆(1989):断続光にたいするマアジの行動反応に関する研究 三重大生資 紀要2, 23~53
(注6)春日 功(1990):テグス(モノフィラメント)製鮪延縄漁具による試験操業について 水産技術と経営、200, 55~62
(注7)Morinaga T., A. Imazeki, H.Arakawa and T. Koike (1993):Underwater visibility in different optical type water mass of the oceans. La mer 31, 11~18
(注8)田中 小治郎(1966):栽培技術論 上田書店
(注9)佐々木 忠義(1953):集魚灯――その理論と実際―― 1~168 イデア書院
(注10)Dera and Gordon(1968):Light field fluctuation in the photic zone. Limnol. Oceanogr.,13,697-699
(注11)大久保 べに(2003):断続光の植物プランクトンの成長への効果 東京水産大学 大学院 修士学位論文1~54
(注12)森川 由隆・小池 康之・森永 勤(1993):自然光下における水中の明るさとクロアワビの夜間行動との関係 La mer 31, 199~204
(注13)森川 由隆・小池 隆・森永 勤(1995):クロアワビの夜間行動を抑制する水中の明るさ La mer 33, 215-220
(注14)森川 由隆(1995):クロアワビ(Haliotis discus)の行動におよぼす光の影響 東京水産大学 博士学位論文1~100.
(注15)森川 由隆・森永 勤(2007):クロアワビの成熟や成長におよぼす明暗周期の影響 Eco-Engineering Vol.19 No.3

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