湖の塩分が住める生き物に影響するのは、生き物が体内の水分量やイオン濃度を一定の範囲に保つ必要があり、周囲の水の塩分が変わると、その調節に必要な仕組みや負担も変わるからです。 淡水に適応した生き物は低い塩分環境で体内の塩類を失わないように調節し、塩分の高い水に適応した生き物は体内へ入りすぎる塩類を排出する必要があります。
この能力は種類によって大きく異なります。そのため塩分が高くなると住めなくなる淡水生物がいる一方、汽水や塩湖に適応した魚、甲殻類、藻類、微生物などは生き続けることができます。結果として、湖の塩分は「どの生き物が住めるか」を選び、生態系の構成そのものを変える重要な環境条件になります。
生き物は体内の水分と塩分を一定に保つ必要がある
魚や甲殻類などの体液には、ナトリウムや塩化物など多くのイオンが含まれています。これらの濃度は、神経や筋肉の働き、細胞の機能などを保つため、一定の範囲に調節されなければなりません。
水は、濃度の異なる液体が膜を隔てていると、濃度差を小さくする方向へ移動しようとします。この現象に関係するのが浸透圧です。水中で暮らす生き物は、体表やえらを通して周囲の水と接しているため、環境水の塩分が変わると体内外の水やイオンの移動も変わります。
魚類の浸透圧調節を扱った「化学と生物」の解説では、淡水魚では体内へ水が入りやすく、塩類が外へ失われやすいため、腎臓で薄い尿を多くつくり、えらの塩類細胞などでイオンを取り込む仕組みが説明されています。一方、海水魚では水を失いやすく塩類が入りやすいため、海水を飲んで水分を取り込み、余分な塩類をえらなどから排出します。
つまり水生生物は、環境の塩分に応じて体内環境を守り続けなければならないのです。
塩分が変わると体内の水の動きも変わる
淡水に適応した魚を急に高塩分の水へ移すと、体内より外側の水のほうが濃くなり、水分を失いやすくなります。同時に、ナトリウムや塩化物などのイオンが体内へ入りやすくなります。
逆に、高塩分環境に適応した生き物を非常に薄い水へ移せば、水が体内へ入りやすく、体内のイオンが失われやすくなります。
生物はえら、腎臓、腸、体表などを使ってこの変化を補いますが、調節能力には限界があります。限界を超えると、細胞や体液の状態を正常に保てなくなり、活動低下、成長不良、繁殖の失敗、最終的には死亡につながることがあります。
このため、塩分は単に水の「味」を変える成分ではなく、生物の体内環境を直接左右する物理・化学条件です。
種類によって耐えられる塩分の範囲が違う
生き物には、狭い塩分範囲でしか生きられない種類と、幅広い塩分変化に耐えられる種類があります。
淡水域と汽水域に生息するカワヒバリガイ類を比較した研究では、淡水に生息するタイプと汽水に生息するタイプで塩分耐性の幅が異なり、汽水側のタイプではより広い塩分条件に耐える能力が確認されました。体液の浸透圧やイオン濃度を調節する能力の違いが、生息できる環境の違いに関係すると考えられています。
このように塩分への適応幅が広い生物は「広塩性」と呼ばれ、淡水から汽水、場合によっては海水まで移動できる種類もいます。反対に、耐えられる範囲が狭い生物は塩分変化の影響を受けやすくなります。
湖の塩分が変わると、耐えられない種類が減り、耐性の高い種類が残るため、生物群集の組み合わせが変化します。
同じ仲間でも生息場所が塩分で分かれることがある
塩分は、湖全体だけでなく湖内の細かな生息場所を分けることもあります。
汽水湖の宍道湖で行われたコツブムシ科3種の研究では、それぞれの種の分布が湖内の塩分条件と関係していました。汽水湖では河川から淡水が入り、海側から塩水が入るため、場所や季節によって塩分が変化します。
その結果、低塩分を利用しやすい種類と、より高い塩分を利用できる種類が異なる場所に分布することがあります。
このことは、湖全体の平均塩分だけでは生態系を説明できないことを示しています。河口付近、湖心、深層、浅場などで塩分が異なれば、それぞれの環境に適応した生き物が異なる場所を利用します。
塩分への適応にはエネルギーが必要になる
体内のイオン濃度を一定に保つには、えらや腎臓などでイオンを能動的に取り込んだり排出したりする必要があります。そのため、環境の塩分が適した範囲から外れるほど、浸透圧調節に大きな負担がかかる場合があります。
生き物が使えるエネルギーには限りがあります。体内環境を維持するための負担が増えれば、成長、遊泳、繁殖、免疫などに使えるエネルギーが少なくなる可能性があります。
このため、ある塩分で「すぐ死なない」ことと、「その環境で長期間繁殖して個体群を維持できる」ことは同じではありません。
湖にある生物が定着できるかどうかを考えるときは、生存限界だけでなく、成長や繁殖に適した塩分範囲を見ることが重要です。
卵や仔魚は成体と違う塩分条件を必要とすることがある
同じ種類でも、成長段階によって塩分への耐性は変わります。
魚類では、卵やふ化直後の仔魚の浸透圧調節機能が成魚と同じとは限りません。マーブルゴビの仔魚を異なる塩分条件で飼育した研究では、生残や成長が塩分によって変化し、特に初期の仔魚期に塩分条件が重要であることが示されました。
つまり成魚が住める塩分の湖でも、卵や仔魚が育てなければ個体群は維持できません。
塩分は生物の現在の分布だけでなく、繁殖成功を通じて将来の分布にも影響します。
塩湖では生き物の種類が限られやすい
塩分が非常に高い湖では、多くの淡水魚や淡水性無脊椎動物が体内の浸透圧を維持できません。そのため生きられる種類は限られます。
アメリカのグレートソルト湖はその代表例です。USGSによると、この湖では流出河川がなく、蒸発によって水が失われるため塩類が濃縮されます。高い塩分環境では一般的な淡水魚の多くは暮らせませんが、ブラインシュリンプ、ブラインフライ、耐塩性の藻類や微生物などが生態系をつくっています。
これは「塩分が高いと生き物がいなくなる」という意味ではありません。高塩分に適応できる種類にとっては、むしろ競争相手や捕食者が少ない特殊な環境になります。
塩湖は種類数が比較的限られていても、そこに適応した生物を中心に独自の食物網を形成します。
塩分が変化すると生態系の顔ぶれも変わる
グレートソルト湖では、水位変動に伴って塩分が大きく変化し、それに応じて生物群集も変化してきました。
USGSがまとめた研究では、湖の塩分変化に伴って藻類などの組成が変化し、ブラインシュリンプの分布や量も塩分と密接に関係していました。塩分が下がった時期には、より低塩分を利用できる魚が淡水の流入部付近で確認された例もあります。
つまり湖の塩分が変わると、同じ場所に同じ生物が残り続けるとは限りません。耐塩性の違いによって、増える種類と減る種類が入れ替わります。
その変化は、餌を食べる側・食べられる側にも連鎖します。たとえばブラインシュリンプが減れば、それを餌にする鳥類にも影響が及ぶ可能性があります。
塩分は水の上下の混ざり方にも影響する
塩分は生き物の体に直接作用するだけではありません。塩分の高い水は低い水より密度が大きいため、汽水湖では高塩分水が下層、低塩分水が表層に分かれる「塩分成層」ができることがあります。
汽水湖の中海では、年間を通して塩分躍層が形成されることがあり、上下の水が混ざりにくくなります。水の混合が弱くなると、底層へ大気中の酸素が届きにくくなり、有機物の分解によって酸素が消費されると貧酸素状態が生じやすくなります。
この場合、生き物は塩分そのものに耐えられても、低酸素のため深い場所を利用できなくなることがあります。
したがって湖の塩分は、浸透圧という直接作用と、成層や酸素環境を変える間接作用の両方で生物分布に影響します。
塩分が低ければ生き物が多いとは限らない
塩分は低ければ低いほど生物に良い、というわけではありません。
淡水生物には淡水が適していますが、汽水性や海水性の生物にとって極端な低塩分は負担になります。グレートソルト湖のブラインシュリンプも、高塩分に強い一方で、塩分が下がりすぎれば個体群へ悪影響が出る可能性があるとUSGSは説明しています。
また汽水湖には、淡水と海水の中間という環境に適応した独自の生物群集があります。人為的に塩分を大きく変えれば、淡水化でも高塩分化でも、それまで成立していた生態系が変わる可能性があります。
大切なのは「低塩分か高塩分か」ではなく、その湖の生き物が長い時間をかけて適応してきた塩分条件が維持されているかどうかです。
水位変化や河川流入でも塩分は変わる
湖の塩分は固定された値ではありません。雨が増えたり河川から淡水が多く入ったりすれば薄まり、乾燥や蒸発によって水量が減れば濃くなりやすくなります。
海とつながる汽水湖では、潮汐、風、水位差によって海水の入り方も変わります。そのため短期的にも季節的にも塩分が変化します。
塩分変化がゆっくりであれば、生物が生理機能を調整したり移動したりできる場合があります。しかし急激な変化では適応が間に合わず、大きなストレスになることがあります。
このため湖の生態系を評価するときは、平均塩分だけでなく、塩分がどの程度の幅で、どの速さで変わっているかも重要です。
塩分を見ると生態系の変化を予測しやすくなる
塩分は、水温や溶存酸素と同じく比較的測定しやすい水質項目です。継続して観測すれば、生物の生息環境が変化している兆候を早く見つけられることがあります。
汽水湖では場所ごとの塩分を測ることで、淡水生物、汽水生物、海水性生物が利用しやすい範囲を推定できます。塩湖では水位と塩分を合わせて調べることで、ブラインシュリンプなど耐塩性生物の生息条件がどう変化しているかを把握できます。
もちろん塩分だけで生物分布は決まりません。水温、酸素、餌、底質、捕食者、流れなど多くの要因が関係します。それでも塩分は、生物が利用できる環境の大枠を決める重要な条件の一つです。
まとめ
湖の塩分が住める生き物に影響するのは、生き物が体内の水分とイオン濃度を一定に保たなければならず、その調節能力が種類ごとに違うからです。
- 淡水生物は水が体内に入りやすく、塩類を失いやすい環境に適応している
- 高塩分環境では水分を失いやすく、余分な塩類を排出する必要がある
- 種類ごとに浸透圧調節能力と耐えられる塩分範囲が異なる
- 卵や仔魚など成長段階によっても適した塩分が違うことがある
- 塩湖では一般的な淡水生物が減る一方、耐塩性の高い生物による独自の生態系が成立する
- 塩分変化は生物群集の入れ替わりや食物網にも影響する
- 塩分成層を通じて底層の酸素環境を変えるなど、間接的な影響もある
湖の塩分は、単なる水質の数字ではありません。生き物が体内環境を維持できるかどうかを左右し、結果としてその湖に住める種類と生態系の構造を形づくる重要な条件なのです。
参考資料
- 「魚類におけるイオン調節と塩類細胞―様々なイオン環境への適応と塩類細胞の機能の多様性」
- 「淡水および汽水域に生息するイガイ科カワヒバリガイ属の塩分耐性と浸透圧調節」
- 日本陸水学会誌「宍道湖におけるコツブムシ科3種の分布と塩分濃度」
- U.S. Geological Survey「Changes in lake levels, salinity and the biological community of Great Salt Lake」
- U.S. Geological Survey「Great Salt Lake Hydro Mapper – Biology」
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