に 変 えられる ここで 問 題 となってくるのが 硝 酸 塩 で 比 較 的 有 害 性 は 低 いにせよ いずれは 溜 ま ることで 生 体 を 死 に 追 いやる 原 因 となるだろう それを 解 決 するには 植 物 による 吸 収 と 嫌 気 性 バ クテリアによる 脱 窒 が 考 えられ

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1 完 全 放 置 型 アクアリウムを 目 指 して 秋 山 信 泉 優 麻 久 保 徹 郎 小 井 土 大 佐 久 間 憲 久 伏 木 達 哉 1 はじめに 私 たちの 研 究 目 的 は 自 然 における 生 態 系 の 研 究 考 察 そして 自 然 を 人 間 の 手 によって 創 り 出 す ことにある アクアリウムは 元 来 自 然 には 存 在 し 得 なかったものであり それを 作 り 出 すことには 当 然 多 種 多 様 な 問 題 が 発 生 してくる その 様 々な 問 題 を 考 察 し 解 決 方 法 を 見 出 すことこそが 自 然 の 解 析 につながるものと 信 じ 私 たちの 研 究 は 行 われた 2 研 究 内 容 (1) まえがき 1 研 究 目 的 私 たちの 研 究 目 的 は 自 然 を 解 析 模 倣 することにある アクアリウムにおける 自 然 の 模 倣 を 目 指 すとき 自 然 界 では 当 たり 前 に 行 われていることが アクアリウム 内 ではそうはいかない 私 た ちが 目 指 す 最 終 的 な 具 体 的 目 標 としては アクアリウム 内 で 完 全 な 生 態 サイクルを 実 現 し 仮 にそ の 状 態 で 100 年 放 置 していても 生 態 系 が 保 たれることである 究 極 的 に 言 えば 自 然 を 創 造 する こともできるようになるかもしれない また これを 達 成 することで 私 たちの 生 きる 今 現 在 の 姿 を 来 世 に 残 し 過 去 から 学 べる 世 界 を 作 ることによって 未 来 を 明 るくしていくことも 実 現 可 能 ではな いだろうか 自 然 は 今 この 瞬 間 にも 刻 々と 変 容 しており 私 たちは 刻 々と 老 いていくのである しかし この 研 究 は 私 たちがある 意 味 で 永 久 の 命 を 得 ることの 一 端 となるといっても 過 言 ではな い 2 研 究 の 動 機 ⅰ 地 球 は 生 命 を 昔 から 育 み そして 今 現 在 人 間 は 生 きている なぜ 私 たちの 指 は 五 本 あり 口 か らものを 食 べるとまったく 違 うものが 出 てくるのか 太 古 の 生 命 体 を 知 り その 分 化 の 様 子 を 手 がかりに 今 現 在 の 自 然 の 循 環 作 用 を 知 ることで いまや 循 環 作 用 の 一 角 を 担 う 存 在 となってしま った 人 間 の 環 境 への 影 響 を 見 つめ 直 したい ⅱ 小 さな 水 槽 という 世 界 の 中 で 完 全 な 生 態 系 を 作 り 出 すことはほぼ 不 可 能 ではあろうが 一 か ら 生 態 系 を 作 り 出 すことを 考 えていく 中 で 過 去 から 現 在 に 至 る 自 然 と 生 命 の 共 生 の 様 子 を 知 り たい ⅲ 無 換 水 無 給 仕 無 物 理 濾 過 という 一 度 創 ったら 人 間 の 手 を 加 えないという 条 件 の 下 で 水 槽 の 生 態 系 を 維 持 するために 自 然 から 学 び そこから 地 球 環 境 全 体 を 考 えたい (2) 本 論 1 仮 説 当 然 アクアリウムには 生 体 が 欠 かせない そこで その 生 体 のエサとなるもの 酸 素 源 となるも の 糞 を 除 去 するもの の 三 つが 最 低 でも 必 要 だと 思 われる 一 つ 目 の 問 題 は 生 体 を 水 草 やコケ を 主 食 とするものにすれば 水 草 を 植 える 事 で 解 決 する 二 つ 目 の 問 題 は 水 草 を 植 える 事 で 生 体 の 呼 吸 で 発 生 する 二 酸 化 炭 素 を 光 合 成 によって 酸 素 に 変 えることにより 解 決 する 三 つ 目 の 問 題 に ついて 糞 で 問 題 となるのはアンモニアであると 思 われる アンモニアは ニトロソモナス 属 の 好 気 性 バクテリアによって 亜 硝 酸 に 変 えられ ニトロバクター 属 の 好 気 性 バクテリアによって 硝 酸 塩

2 に 変 えられる ここで 問 題 となってくるのが 硝 酸 塩 で 比 較 的 有 害 性 は 低 いにせよ いずれは 溜 ま ることで 生 体 を 死 に 追 いやる 原 因 となるだろう それを 解 決 するには 植 物 による 吸 収 と 嫌 気 性 バ クテリアによる 脱 窒 が 考 えられる 植 物 による 吸 収 が 手 っ 取 り 早 く 簡 単 だが 限 界 があるように 思 われるし 生 体 と 植 物 の 量 的 なバランスで 植 物 の 比 重 が 大 きすぎるのは 面 白 くない そこで 嫌 気 性 バクテリアによる 分 解 を 考 える 嫌 気 性 バクテリアは 酸 素 の 全 くないような 場 所 でしか 生 きられな いものと 酸 素 があるところでも 生 きられるものがいるが どちらにしても 脱 窒 が 行 われるのは 酸 素 がないところという 条 件 が 必 要 なようである つまり 酸 素 の 少 ない 濾 過 槽 を 作 ることが 必 要 にな る また 嫌 気 性 バクテリアが 生 きるには 特 別 なエサである 炭 素 源 ( 糖 分 )なるものが 必 要 であ る 炭 素 源 の 問 題 を 解 決 するものとして シアノバクテリア( 藍 藻 )というものが 考 えられる シ アノバクテリアは 光 と 二 酸 化 炭 素 から 糖 分 と 酸 素 を 作 り 出 す そして 水 中 に 流 れ 出 た 糖 分 を 炭 素 源 として 嫌 気 性 バクテリアに 脱 窒 作 用 を 起 こさせる さらに 調 べていくうちに シアノバクテ リアも 嫌 気 性 バクテリアと 同 じく 硝 酸 塩 を 変 換 することが 分 かった シアノバクテリアは 硝 酸 塩 の 同 化 アンモニアの 取 り 込 み 異 質 細 胞 (ヘテロシスト)による 窒 素 固 定 を 行 う 事 が 出 来 る ま た 現 在 生 息 しているシアノバクテリアの 多 くは 酸 素 に 対 する 何 らかの 保 護 機 能 を 持 っているの で 嫌 気 的 である 必 要 がない 事 も 利 点 となる つまり 窒 素 の 循 環 サイクルは 好 気 性 バクテリア の 硝 化 作 用 によりアンモニアを 硝 酸 塩 に 変 え シアノバクテリアの 同 化 嫌 気 性 バクテリアの 脱 窒 作 用 によって 出 た 窒 素 をシアノバクテリアが 窒 素 固 定 することによって 硝 酸 塩 がシアノバクテリ ア 内 に 取 り 込 まれ シアノバクテリアの 死 骸 は 有 機 体 窒 素 を 経 てアンモニアとなり また 従 属 栄 養 細 菌 がシアノバクテリアを 取 り 込 み その 従 属 栄 養 細 菌 の 死 骸 が 有 機 体 窒 素 となりアンモニアにな る 硝 化 脱 窒 生 体 糞 好 気 性 バ ク テ リ ア アンモニア ニ ト ロ ソ モ ナ ス 属 亜 硝 酸 ニ ト ロ バ ク タ ー 属 硝 酸 塩 嫌 気 性 バ ク テ リ ア 亜 硝 酸 窒 素 無 酸 素 窒 状 態 素 固 定 糖 分 空 気 中 硝 酸 塩 の 同 化 死 骸 の 出 すアンモニア シアノバクテリア エ サ 従 属 栄 養 細 菌 ここで 問 題 となるのは シアノバクテリアの 中 には 毒 性 を 含 むものもいるということである そ して 増 えすぎる 事 で 赤 潮 や 水 の 華 などの 現 象 が 起 きてしまう また アンモニア 硝 酸 塩 シアノ バクテリア アンモニアというサイクルでは 魚 の 出 すアンモニアも 加 わるので 結 局 アンモニア

3 の 絶 対 量 が 増 えるだけである この 問 題 を 解 決 するには 硝 酸 塩 を 窒 素 ガスとして 空 気 中 に 排 出 す る 嫌 気 性 バクテリアの 力 が 必 要 となるであろう つまりこれらの 問 題 を 解 決 するためには 以 下 のような 3 点 が 課 題 となるだろう 無 害 なシアノバクテリアを 用 意 する シアノバクテリアを 通 さない 半 透 膜 で 水 槽 内 にシアノバクテリアの 進 入 をブロックすると 共 に 毒 性 のないシアノバクテリアのみを 生 物 濾 過 槽 内 で 独 立 し 育 てる 酸 素 を 出 し 糖 の 供 給 源 であるシアノバクテリアと 無 酸 素 状 態 で 脱 窒 し 炭 素 源 として 糖 の 必 要 な 嫌 気 性 バクテリアを 共 存 させ 窒 素 循 環 システムを 確 立 する このような 3 点 を 踏 まえて 次 のような 生 物 濾 過 装 置 を 考 えた まず 第 一 濾 過 水 槽 に 培 養 した 無 害 なシアノバクテリアを 入 れ シアノバクテリアの 大 繁 殖 を 抑 えるために 第 一 濾 過 水 槽 から 出 る ホースに 24A の 半 透 膜 をつける そして 第 二 濾 過 水 槽 では 円 筒 に 30mほどの 長 さのエアチューブ を 巻 きつける その 最 初 の 方 は 好 気 性 バクテリアなどが 酸 素 を 消 費 し 最 後 の 方 は 酸 素 が 無 くなり 嫌 気 性 バクテリアの 住 処 となり 脱 窒 される また シアノバクテリアが 第 二 濾 過 槽 内 で 繁 殖 しな いように 暗 くする その 窒 素 を 含 んだ 水 は 水 槽 に 戻 され 窒 素 が 水 草 の 栄 養 となり さらに 空 気 中 に 排 出 される これらの 濾 過 槽 内 は 密 閉 し 一 個 のポンプで 水 が 流 れるようにする 第 一 濾 過 水 槽 シアノバクテリア 硝 酸 塩 シアノバクテリア 糖 分 の 水 槽 への 侵 入 を 防 ぐ 半 透 膜 酸 素 物 理 濾 過 をしな いための 半 透 膜 長 いチューブの 最 初 の 方 は 好 気 性 細 菌 などが 酸 素 を 消 費 し 最 後 の 方 は 酸 素 が 無 くなり 嫌 気 性 バクテリアの 住 処 となり 脱 窒 される 嫌 気 性 バクテリア 濾 過 槽 窒 素 ポンプ 第 二 濾 過 水 槽 二 酸 化 炭 素 アンモニア 水 槽 亜 硝 酸 硝 酸 塩 酸 素 上 記 の 理 論 に 基 づいて 変 化 の 与 える 影 響 が 即 座 に 現 れる 小 さなビンの 中 での 生 態 系 を 考 えてみ たい 小 さなビンの 中 での 生 態 系 の 安 定 が 望 めるのなら すなわち 大 きな 容 器 の 中 での 生 態 系 の 安 定 はより 簡 単 なはずだからである 小 さなビンの 中 で 環 境 を 安 定 化 するためには 上 記 の 理 論 の

4 嫌 気 性 バクテリアの 配 置 が 問 題 である 嫌 気 性 バクテリアの 生 息 条 件 は 厳 しく また 最 も 効 率 の 良 い 脱 窒 サイクルを 考 え 出 さなくてはならない そこで 私 たちが 考 えた 最 良 の 方 法 は 砂 の 上 層 に は 好 気 性 バクテリアを 下 層 には 嫌 気 性 バクテリアを 生 息 させた 砂 の 中 でバクテリアに 住 み 分 けを させる 方 法 である 嫌 気 性 バクテリアの 生 育 上 の 問 題 は 上 層 に 住 む 好 気 性 バクテリアによって 酸 素 が 消 費 され 下 層 には 酸 素 が 届 かない 状 態 をつくることによって 解 決 する また 炭 素 源 の 問 題 は 砂 の 上 にコケを 敷 き そのコケが 生 産 する 有 機 物 を 従 属 栄 養 生 物 である 嫌 気 性 バクテリアが 得 るこ とによって 解 決 できるであろう 好 気 性 バクテリア コケ 砂 砂 嫌 気 性 バクテリア

5 2 実 験 器 具 薬 品 顕 微 鏡 半 田 ごて 消 耗 品 ( 薬 品 部 品 ) 等 のリスト 水 槽 NS-4M( mm ) パッキン 付 ボックス TS-60 パッカー( 角 型 )P-3 ソフトチューブ 4F(10m ) ソフトチューブ 8F(10m ) チューフ ゴネクターS-1(10 個 組 ) チューフ ゴネクターS-3(10 個 組 ) チューフ ゴネクターY-1(10 個 組 ) 広 口 バイオ 瓶 500ml (24 個 入 ) シリコーン RTV KE42T 透 析 用 セロハンチューブ M-5 グルコース 検 出 紙 (25 枚 入 ) 水 温 度 計 真 空 グリース 水 中 ポンプ(E-ROKA ) テトラ テスト 5in1 試 験 紙 テトラ テスト アンモニア 試 薬 NH3/NH4 + ( 淡 水 海 水 兼 用 ) テトラ テスト 溶 存 二 酸 化 炭 素 試 薬 CO2( 淡 水 用 ) みどりくん pk( 水 溶 性 リン 酸 水 溶 性 カリウム) 大 磯 砂 ( 細 目 ) メタノール( 中 村 サイボックス) ハイポネックス 原 液 実 験 方 法 解 析 方 法 ここから 書 かれる 実 験 Ⅰ Ⅱ Ⅲはほぼ 同 時 進 行 で 行 われるものとする < 実 験 Ⅰ> ⅰ 水 槽 を 水 水 槽 水 草 水 棲 動 物 のみによって 作 る ここでの 亜 硝 酸 硝 酸 塩 の 濃 度 は ほとんどないと 考 えられる ⅱ 好 気 性 バクテリア(ニトロソモナス 属 )が 水 棲 動 物 の 排 泄 物 に 含 まれる 有 害 なアンモ ニアを 亜 硝 酸 塩 に 分 解 するために 働 き 増 殖 すると 考 えられる 亜 硝 酸 塩 濃 度 は 最 も 高 く 硝 酸 塩 濃 度 はⅰより 増 加 しているだろう ⅲ 好 気 性 バクテリア(ニトロバクター 属 )が ⅱで 得 られた 有 害 な 亜 硝 酸 塩 を 比 較 的 無 害 な 硝 酸 塩 に 分 解 するために 働 いて 増 殖 すると 考 えられる 亜 硝 酸 塩 濃 度 はⅱより 下 がり 硝 酸 塩 濃 度 は 大 きくなっているだろう

6 ところで 同 日 までに ⅳ シアノバクテリア 専 用 濾 過 装 置 と 嫌 気 性 バクテリア 専 用 濾 過 装 置 を 作 る ⅴ 各 々のバクテリアが 生 きていける 状 態 にして 二 つの 専 用 濾 過 装 置 を 完 成 させる 同 日 ⅵ ⅰで 作 った 水 槽 と 二 つの 濾 過 装 置 を 連 結 させる ⅶ ここからは 循 環 がうまく 行 われているのかを 観 察 し 改 良 点 などを 見 出 していく < 実 験 Ⅱ> ⅰ シアノバクテリアを 繁 殖 させるために まず 植 物 プランクトンを 水 槽 内 で 繁 殖 させる 4 週 間 後 ( 実 験 Ⅰのⅲに 合 わせる) ⅱ ここで 植 物 プランクトンは 十 分 に 増 殖 してい ると 考 えられる 同 日 ⅲ 実 験 Ⅰのⅲで 得 られた 硝 酸 塩 濃 度 の 高 い 水 を 用 いて 水 槽 内 の 環 境 を 変 化 させる シアノバ クテリアは 硝 酸 塩 を 同 化 させる 働 きがあるので シアノバクテリアが 増 殖 すると 考 えられる ⅳ 硝 酸 塩 濃 度 がⅲよりも 低 くなれば シアノバクテリアの 繁 殖 が 認 められ 実 験 Ⅰで 作 っ た 濾 過 装 置 に 移 す < 実 験 Ⅲ> ⅰ 嫌 気 性 バクテリアを 繁 殖 させるために 実 験 Ⅱで 作 ったシアノバクテリアの 入 った 水 を 用 いる これは シアノバクテリアがつ くる 糖 が 嫌 気 性 バクテリアの 餌 となるから である ⅱ 嫌 気 性 バクテリアが 増 殖 し 始 めたら 実 験 Ⅱのⅵと 同 時 に 水 槽 と 連 結 させる < 実 験 Ⅳ> ⅰ 実 験 Ⅱのⅳと 実 験 Ⅲのⅱでできたバクテ リア 類 を 顕 微 鏡 で 調 べ そのバクテリアを 分 けて さまざまな 環 境 の 変 化 ( 硝 酸 塩 濃 度 や 生 物 色 素 などの 水 槽 内 で 起 こりうる 環 境 変 化 ) を 与 える ⅱ 生 き 残 ったバクテリアを 顕 微 鏡 で 調 べ その 環 境 に 適 応 するバクテリアとして 結 論 付 け る そしてそれが 水 槽 に 最 適 なバクテリアなら 水 槽 の 一 方 の 濾 過 器 にそのバクテリアを 入 れ 二 つの 水 槽 を 比 較 する

7 < 実 験 Ⅴ> ⅰ ⅱ 嫌 気 性 バクテリアの 脱 窒 効 果 を 検 証 するために 実 験 Ⅲのⅱで 繁 殖 した 嫌 気 性 バクテリア の 寄 生 した 砂 をビンに 入 れ 硝 酸 ナトリウムを 溶 かした 水 を 入 れて 硝 酸 塩 濃 度 亜 硝 酸 塩 濃 度 を 測 定 する メダカの 糞 による 硝 酸 塩 亜 硝 酸 塩 濃 度 の 増 加 を 確 認 するために メダカ 一 匹 と 水 槽 の 好 気 性 バクテリアの 繁 殖 した 砂 を 入 れ 濃 度 変 化 を 調 べる < 実 験 Ⅵ> ⅰ ⅱ ビンの 下 から 順 に 嫌 気 性 バクテリア 好 気 性 バクテリアが 生 息 している 砂 を 入 れて 硝 酸 ナトリウムを 溶 かして 生 物 には 有 害 な 硝 酸 塩 濃 度 を 持 つ 水 で 満 たす(A) それぞれのバクテリ アが 生 息 している 砂 の 割 合 を( 嫌 気 性 : 好 気 性 )=(1:1) (1:2) (1:3 )に 変 えたものを 作 る これと 同 じ 割 合 の 砂 を 入 れたビンをもう 一 つ 作 り 水 槽 の 水 とメダカを 入 れる(B) < 実 験 Ⅶ> 4 (A)の 硝 酸 塩 濃 度 と 亜 硝 酸 塩 濃 度 を 調 べる また (B)のメダカが 健 康 に 生 きているか 調 べる 実 験 Ⅵのⅰよりも 好 気 性 バクテリアの 生 息 している 砂 の 量 を 多 くし また 全 体 としても 砂 の 量 を 多 くして 実 験 Ⅵのⅰ ⅱと 同 様 の 実 験 を 行 う 実 験 結 果 < 実 験 Ⅰ> 水 槽 内 の 亜 硝 酸 塩 濃 度 硝 酸 塩 濃 度 ともに 増 加 は 見 られなかった 濾 過 装 置 の 密 閉 性 やポンプ の 排 水 量 の 問 題 で 濾 過 装 置 自 体 は 一 旦 は 完 成 したものの 一 週 間 ほどでポンプの 排 水 が 停 止 し た < 実 験 Ⅱ> 液 体 肥 料 の 水 に 対 する 濃 度 を 変 化 させて 調 べてみた 結 果 コケがよく 繁 殖 したのは 10 滴 /l 程 度 の 濃 度 であった < 実 験 Ⅲ> メタノールの 水 に 対 する 濃 度 を 変 化 させて 調 べてみた 結 果 ビンから 腐 卵 臭 がしたのは 20ml /l 程 度 であった < 実 験 Ⅳ> 実 験 Ⅴのゲル 状 物 質 を 観 察 したところ 動 く 丸 い 物 体 が 見 られた < 実 験 Ⅴ> ⅰの 硝 酸 塩 濃 度 は はじめ 増 加 し 亜 硝 酸 塩 濃 度 も 増 加 した しかし 三 日 目 には 硝 酸 塩 濃 度 と 亜 硝 酸 塩 濃 度 ともに 0となった 腐 卵 臭 がしていて ビン 内 部 では 滑 りのある 半 透 明 のゲル 上 の 物 質 が 生 成 していた ⅱは 硝 酸 塩 濃 度 亜 硝 酸 塩 濃 度 ともに 2 週 間 以 上 たっても 増 加 は 見 ら れなかった < 実 験 Ⅵ> メダカはすべて 生 存 していた 硝 酸 塩 濃 度 亜 硝 酸 塩 濃 度 ともに 増 加 し 減 少 はまったく 見 ら れなかった < 実 験 Ⅶ> 5 メダカは( 嫌 気 性 : 好 気 性 )=(1:1) (1:2 )の 場 合 一 日 (1:3)の 場 合 は 二 日 で 死 亡 した 硝 酸 塩 濃 度 亜 硝 酸 塩 濃 度 ともに 減 少 は 見 られなかった 考 察

8 実 験 Ⅰで 水 槽 内 の 硝 酸 塩 濃 度 と 亜 硝 酸 塩 濃 度 ともに 増 加 しなかったのは 生 態 のバランスと 水 量 の 関 係 によると 考 えられる 水 槽 に 対 して 生 体 の 量 が 少 な 過 ぎていたために 生 体 の 出 す 糞 の 量 が 微 量 で 好 気 性 バクテリアの 繁 殖 も 抑 えられてしまったのであろう また 濾 過 層 のポンプの 排 水 量 がとても 少 なく 濾 過 槽 の 密 閉 性 を 高 めることができずに 完 成 できなかった しかし たとえ 濾 過 槽 が 完 成 したとしても 水 槽 内 の 生 体 の 量 が 少 なすぎて 濾 過 装 置 による 完 全 循 環 は 達 成 できな かっただろうし 水 槽 の 水 量 では 変 化 が 微 小 であり 長 期 間 の 実 験 が 必 要 となる 実 験 Ⅱ 及 びⅢから 液 肥 メタノール の 量 が 過 剰 量 の 場 合 には 逆 に 成 長 が 阻 害 されてしまうということがわかった ま ったく 入 っていない 場 合 よりも 多 量 に 入 っている 場 合 のほうがよく 成 長 したが 適 量 が 存 在 するのだということがわかっ た 実 験 Ⅳで 見 られた 丸 い 物 体 は 嫌 気 性 バ クテリアだったかは 判 別 できなかった しかし 嫌 気 状 態 のビンの 中 に 住 んでい たことから 見 て 嫌 気 性 バクテリアの 一 種 だったと 考 えられる 実 験 Ⅴのⅰから 嫌 気 性 バクテリアの 脱 窒 効 果 は 確 かにあるということがわかった また 実 験 Ⅴのⅱで 硝 酸 塩 濃 度 と 亜 硝 酸 塩 濃 度 が 増 加 しなかったのは ビンの 水 量 に 対 する 生 体 の 量 が 少 な 過 ぎたためであるか 砂 に 生 息 させた 好 気 性 バクテリアがうまく 育 っていなかったためだと 考 えら れる 実 験 Ⅰで 硝 酸 塩 濃 度 と 亜 硝 酸 塩 濃 度 ともに 増 加 しなかったことから 水 槽 内 の 砂 では 好 気 性 バクテリアの 繁 殖 が 不 完 全 であったのであろう その 砂 をビンの 中 に 入 れて 使 ったために 好 気 性 バクテリアの 繁 殖 がはじめから 行 われ 硝 酸 塩 濃 度 と 亜 硝 酸 塩 濃 度 が 増 加 しなったのであろう 実 験 Ⅵでは メダカはすべて 生 存 していたものの 硝 酸 塩 濃 度 と 亜 硝 酸 塩 濃 度 は 増 加 しなかった このまま 長 期 間 放 置 していたとしたら 硝 酸 塩 濃 度 が 増 えてメダカが 死 に 至 るだろう なぜ 脱 窒 が 行 われなかったかというと 好 気 性 バクテリアの 酸 素 消 費 量 が 少 なく 下 層 にいる 嫌 気 性 バクテリ アにまで 酸 素 が 届 いてしまい 嫌 気 状 態 とならなかったため 脱 窒 が 行 われなかったのだと 考 えられ る そこで 実 験 Ⅶとして 上 層 の 好 気 性 バクテリアの 量 を 増 やして 実 験 してみた 実 験 Ⅶでは メダカが 全 部 死 んでしまった これは 実 験 Ⅵと 比 較 して 嫌 気 性 バクテリアの 量 が 多 かったからだと 考 えられる 嫌 気 性 バクテリアのビンからは 腐 卵 臭 がしたことからバクテリアの 働 きにより 硫 化 水 素 が 発 生 していたのであろう また 硝 酸 塩 濃 度 と 亜 硝 酸 塩 濃 度 の 増 加 は 見 られ なかった これは まだ 実 験 を 開 始 してから 日 が 経 っていないためであるか 実 験 Ⅵ Ⅶともに 好 気 性 バクテリアとして 水 槽 の 砂 を 使 ったために 好 気 性 バクテリアが 未 繁 殖 であったとも 考 えられる しかし 好 気 性 バクテリアが 未 繁 殖 であったとしても 実 験 Ⅴのⅰからして 脱 窒 は 行 われるはずで ある つまり 次 の 三 つの 場 合 が 考 えられる 一 つ 目 は 好 気 性 バクテリアと 嫌 気 性 バクテリアを 層 状 に 重 ねたためにバクテリアの 住 み 分 けがうまくいかず 嫌 気 性 バクテリアが 死 滅 してしまった 場 合 である 二 つ 目 は 嫌 気 性 バクテリアと 水 槽 の 水 との 間 に 好 気 性 バクテリアを 挟 んでしまったた めに 水 槽 の 水 の 硝 酸 塩 が 嫌 気 性 バクテリアまで 届 かなかったため 脱 窒 が 行 われなかったという 場 合 である だが 自 然 界 では この 実 験 と 同 じような 構 造 をしているのである ということは 私 た ちが 作 ったビンのバクテリアのバランスが 悪 かったのであろう 最 後 に 嫌 気 性 の 生 存 条 件 である

9 炭 素 源 が 存 在 しなかったという 事 も 考 えられる 炭 素 源 としてのメタノール 量 が 不 足 していたため に 脱 窒 作 用 が 行 われなかったという 事 もあるが 実 験 Ⅴのⅰの 結 果 を 見 ると 炭 素 源 不 足 ということ はなかっただろう 6 今 後 の 課 題 水 槽 の 数 を 増 やし 生 体 の 量 を 変 えて 水 槽 と 生 体 の 量 的 バランスを 考 えることである 今 回 の 実 験 では 水 槽 内 の 好 気 性 バクテリアの 繁 殖 が 不 完 全 であったことが 失 敗 の 原 因 であったとも 考 えられるので 好 気 性 バクテリアをしっかり 生 育 し 再 調 査 を 行 いたい 本 研 究 において 濾 過 槽 の 完 成 は 大 前 提 であるのに 製 作 に 時 間 を 掛 けすぎてしまった 濾 過 槽 を しっかりと 完 成 させ 長 期 間 濾 過 装 置 を 運 転 させる 事 で 自 然 とバクテリアの 住 み 分 けが 行 われ ていくということを 調 べたい 本 研 究 では 窒 素 循 環 に 目 を 向 けて 調 査 を 行 ったが 自 然 界 は 当 然 窒 素 だけで 成 り 立 っているわ けではなく 主 なものとしてはリン 酸 カリウム 酸 素 二 酸 化 炭 素 など 様 々な 物 質 が 複 雑 に 組 み 合 わさって 成 り 立 っているものだと 考 えられるので 他 の 物 質 についての 循 環 作 用 相 互 の 関 係 を 考 えて 研 究 したい 好 気 性 バクテリアと 嫌 気 性 バクテリアの 相 互 の 共 存 関 係 を 研 究 したが 今 回 はどうにも 上 手 くい かなかったので 上 手 くバクテリアの 共 存 関 係 を 保 てる 方 法 を 考 えたい 生 体 の 出 す 有 害 物 質 の 量 と バクテリアによる 分 解 量 を 考 察 し 計 算 によってバランスを 保 つ 方 法 を 考 案 したい 嫌 気 性 バクテリアは 今 回 嫌 気 状 態 が 作 れなかったために 上 手 く 作 用 できなかったものと 考 えら れるが 嫌 気 性 バクテリアの 脱 窒 作 用 を 行 うもう 一 つの 条 件 である 炭 素 源 の 面 から 嫌 気 性 バク テリアの 生 存 のアプローチを 行 いたい コケによる 炭 素 源 の 供 給 について 前 述 の 通 り 仮 説 を 立 て たが 時 間 が 足 りなかったために 実 験 できなかったので 今 後 研 究 したいところである (3)むすび 今 回 の 研 究 を 通 して 自 然 界 の 生 態 系 を 解 明 する 事 がこれほどにも 難 しい 事 であるかを 思 い 知 ら された 私 たちの 研 究 は 3ヶ 月 間 という 時 間 を 費 やしたにもかかわらず 自 然 環 境 の 片 鱗 さえも 解 明 する 事 は 出 来 なかったと 思 う しかし 自 然 がいかに 絶 妙 なバランスで 成 り 立 っており 人 の 手 で 創 り 出 すことは 到 底 及 ばないという 事 が 痛 いほどわかった また 現 在 この 自 然 の 絶 妙 なバラン スを 人 間 が 破 壊 しつつあるという 事 も 事 実 であり かつては 自 然 の 一 部 であった 人 間 が 自 然 から 離 脱 しようとして 自 らの 破 滅 を 導 いていると 思 われる この 研 究 で 学 んだ 自 然 の 偉 大 さを 噛 み 締 め て 明 るい 未 来 を 目 指 していきたい (4) 謝 辞 本 研 究 は 諏 訪 先 生 や 前 田 先 生 毒 島 先 生 を 始 め 様 々なインターネット 上 のサイトの 皆 々 様 にも 支 えられて 多 くの 助 言 や 手 助 けを 頂 き 行 われた 上 記 の 皆 様 に 大 変 感 謝 する 次 第 である 3 参 考 文 献 アドレス 水 草 真 髄 SERA Japan 濾 過 について 考 える -i.com/ ~ktokita/aquaroka.html イオン 交 換 システム -system.com/system1.htm 嫌 気 性 濾 過 だ!

10 好 気 性 生 物 変 換 と ~mizuho_h/chem/chem3-1.html 酸 素 が 作 られた -ho.ne.jp/siawasesan/kokoro/rekisi 真 性 細 菌 -infogogo.com - 無 料 の 辞 書 百 科 事 典 html 水 質 浄 化 の 仕 組 み 生 命 の 歴 史 6バクテリアの 世 猫 にはつらい 濾 過 のお 話 -loach.com/wb/roka_k.html バクテリアについて ~kurotan/subsangos3.html 水 槽 のこと

水 道 水 で30 日 間 栽 培 した その 結 果 全 ての 水 槽 でDOが3.0 mg/l 以 下 そのうち2つが 1.0mg/l 以 下 に 減 少 した( 図 2) このことから WHがDOを 低 下 させる 一 因 であるこ とが 確 かめられた このDOの 降 下 が 従 属 栄 養

水 道 水 で30 日 間 栽 培 した その 結 果 全 ての 水 槽 でDOが3.0 mg/l 以 下 そのうち2つが 1.0mg/l 以 下 に 減 少 した( 図 2) このことから WHがDOを 低 下 させる 一 因 であるこ とが 確 かめられた このDOの 降 下 が 従 属 栄 養 第 53 回 日 本 学 生 科 学 賞 入 選 3 等 第 53 回 静 岡 県 学 生 科 学 賞 県 教 育 長 賞 3 ホテイアオイのつくるバイオループ 学 校 法 人 静 岡 理 工 科 大 学 静 岡 北 高 等 学 校 科 学 部 水 質 班 2 年 五 島 菜 々 鈴 木 圭 祐 高 橋 周 平 瀧 田 祐 介 村 田 稔 恭 1.はじめに ホテイアオイ( 以 後 は 英 語 名 がWater

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