植物プランクトンにおけるC標識フェナントレンの蓄積とサンゴへの移行を空洞リングダウン分光法を用いて解明した

Accumulation of C-labelled phenanthrene in phytoplankton and transfer to corals resolved using cavity ring-down spectroscopy.

• Ananya Ashok
• Sreejith Kottuparambil
• Lone Høj
• Andrew P Negri
• Carlos M Duarte
• Susana Agustí

抄録

多環芳香族炭化水素（PAH）は、絶滅の危機に瀕しており、影響を受けやすいサンゴ礁を含む海洋生態系に広く存在する汚染物質である。植物プランクトンなどの下層生物は、PAH を生物濃縮することで知られており、これらの化学物質の高次栄養レベルへの侵入口となる可能性がある。本研究では、C標識PAHと空洞リングダウン分光法（CRDS）を用いて、熱帯海域の生物多様性を維持するための重要な生物であるサンゴにおけるPAHの蓄積、取り込み率、および栄養移動を調べる新しい方法を提案した。本研究では、海洋微細藻類のDunaliella salinaとサンゴのAcropora milleporaにおけるC-フェナントレンの蓄積量を定量し、海水からの拡散的な取り込みや、ラベルを付けたD. salinaを介した食物からの取り込みを行った。さらに、フェナントレン暴露中のD. salinaとA. milleporaの光生理学的健康状態をパルス振幅変調（PAM）蛍光光度法でモニターした。微細藻類におけるC-フェナントレンの用量依存的な蓄積は、乾燥重量2590±787Lkgの平均生体濃縮係数（BCF）を示した。サンゴはいずれの暴露経路からもフェナントレンを蓄積していた。サンゴのC-フェナントレンの取り込みは、水性曝露の方が食餌曝露よりも速いが、受動的拡散は個体間のばらつきが大きく、どちらの曝露経路でも同程度の濃度のフェナントレンが蓄積することが明らかになった。CRDSによるC-PAHの標識と分析は、高感度な方法であることが証明された。安定同位体ラベルを使用することで、放射性同位体ラベルによる追加の毒性やリスクを排除し、CRDSはPAHの分析の複雑さを軽減した（バイオマスが少なく、抽出が不要で、迅速な分析が可能）。炭素含有量とC/C比（δC）の両方を同時に正確に定量することで、C-フェナントレンの蓄積と取り込み率を正確に決定することができました。これは、植物プランクトンとサンゴの食物連鎖におけるフェナントレンの蓄積を実証的に証明した最初の研究である。

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are widespread pollutants in marine ecosystems including threatened and potentially sensitive coral reefs. Lower organisms such as phytoplankton, known to bioconcentrate PAHs, could serve as potential entry points for these chemicals into higher trophic levels. Here, we present a novel method using a C-labelled PAH and cavity ring-down spectroscopy (CRDS) to investigate accumulation, uptake rates and trophic transfer of PAHs in corals, which are key organisms to sustain biodiversity in tropical seas. We quantified the accumulation of C-phenanthrene in the marine microalga Dunaliella salina, and in the coral Acropora millepora after diffusive uptake from seawater or dietary uptake via labelled D. salina. Additionally, we monitored the photophysiological health of D. salina and A. millepora during phenanthrene exposure by pulse-amplitude modulation (PAM) fluorometry. Dose-dependent accumulation of C-phenanthrene in the microalga showed a mean bioconcentration factor (BCF) of 2590 ± 787 L kg dry weight. Corals accumulated phenanthrene from both exposure routes. While uptake of C-phenanthrene in corals was faster through aqueous exposure than dietary exposure, passive diffusion showed larger variability between individuals and both routes resulted in accumulation of similar concentrations of phenanthrene. The C-PAH labelling and analysis by CRDS proved to be a highly sensitive method. The use of stable isotopic label eliminated additional toxicity and risks by radioactive isotopic-labelling, and CRDS reduced the analytical complexity of PAH (less biomass, no extraction, fast analysis). The simultaneous, precise quantification of both carbon content and C/C ratio (δC) enabled accurate determination of C-phenanthrene accumulation and uptake rate. This is the first study to provide empirical evidence for accumulation of phenanthrene in a phytoplankton-coral food chain.

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