Abstract
Epibiont とbasibiont の関係は、双方の生物にプラスとマイナスの効果があり、その強度は小さいものから大きいものまで様々であった。 Lottia pelta種のリンペットは、背中にUlva lactucaとAcrosiphonia属の2種の藻類が生育しているのが一般的である。 これまでの研究で、basibiont（基質生物）とepibiont（表面に生育する生物）は、正、負、中立の複雑な相互作用をすることがわかってきている。 力変換器と水路を使って、様々な水流速でハ虫類が受ける抗力を測定した。 いずれかの着生植物が存在すると、ハタゴイソギンチャクの抗力が有意に増加した。 また，AcrosiphoniaはU. lactucaよりも大きな抗力を生じ，抗力を大幅に増加させた． 水槽に投下した場合、藻類が繁殖したリンペットは、藻類が繁殖していないリンペットよりも有意に多く足下に着底した。 また、Acrosiphonia spp.はUlva lactucaよりも大きな効果を示した。 最後に、藻類が繁殖している風洞内のリンプット（特にAcrosiphonia）は、藻類が繁殖していないリンプットに比べて体温が低くなっていることがわかった。 以上のことから、この関係による基部生物への影響は、プラスとマイナスの両方があることがわかった
1. はじめに
岩礁潮間帯環境では、一次空間はしばしば制限的な資源である。 このため、多くの生物は他の生物の表面で生育するという生命史的戦略を発達させてきた。 基質生物と表層生物は、しばしば複雑な直接・間接的な種間関係を持っている。 エピビオントが基底生物に与える影響は、ポジティブ、ニュートラル、またはネガティブな結果を示すことがある
海洋システムにおいて、エピゾイック成長の機械的影響は基底生物にとって特に懸念される。 表在性生物による流体力学的効果は、多くの表在性生物-基在性生物系でよく研究されている。 エピビオントは、波が押し寄せる潮間帯のような水流が激しい環境では、抵抗や揚力を増加させる可能性がある。 Mytilus byssusは、表在性昆布からの抗力によって2〜6.7倍のストレス増加を受ける。 また，イガイに付着した表層性藻類は，藻類の大きさに関係なく，暴風雨時の脱落を増加させた． 実際、藻類によるイガイの脱落は、特定のシステムにおいて捕食よりも重要かもしれない。
基底生物に対する流体力学的影響は、表在性生物によって考えられる唯一の負の影響ではない。 例えば、Littorina littoreaでは、殻に成長するフジツボが存在すると、カタツムリの体積と重量が増加し、運動速度と繁殖出力が減少する。 殻容積の増加は、特に流体力学的に重要である。別の軟体動物であるMytilus musselに表在性の生物が存在することによって殻容積が増加すると、脱落の機会が増加することになる .
直接的に研究されていないシステムとして、岩礁潮間帯に生息するLottia pelta (Rathke, 1833) 種の潮間帯リンプットと表層性緑藻類の成長、特にAcrosiphonia spp (J. Agardh, 1846) とUlva lactuca (Linnaeus, 1753) の成長との関係があげられる。 サンファン島では、スペースが制限されない地域でも、キャトルポイントやデッドマンズベイのような場所では、リンプレットの増殖がよく見られる（個人的観察）。 エピゾイック・グロスの研究では、脱落や抗力増加などの悪影響が示されているため、流体力学に関連したコストの可能性が特に注目される。 これらの関係のコストと利益を分析するために、3つの実験を行った。
表在性成長は、シオマネキ殻の抗力を著しく増加させ、結果としてシオマネキにマイナスの影響を与えるという仮説を立てたが、シオマネキにとって利益もありうるということもわかった。 ハタゴイソメが脱落したとき、藻類表層はパラシュートの役割を果たし（抗力によるメカニズム）、水柱を伝って海底に向かって落下するハタゴイソメを正すことができるかもしれない。 このパラシュートは、剥離したハダカデバネズミが生き残るための重要なステップであり、ハダカデバネズミにかかる流体力学的な力を増加させ、悪影響を緩和する可能性がある。 もう一つの利点は、表層性藻類の成長により、光と風にさらされたときのヒメツバメガイの体内温度上昇を抑えることができる可能性があることだ。 これは、熱によるストレスで乾燥し、死に至る可能性があるため、重要である。 これら3つの可能性のある効果は、すべて実験室で検証された。 ここで調べた3つの側面のうち2つは静的なものであるが、気候変動に伴う熱ストレスの重要性には注目すべきである。
2 材料と方法
2.1. パラシュート仮説
ワシントン州サンファン島のキャトルポイントから24匹のリンペットを採取し、殻に表在性のAcrosiphonia spp.とU.lactucaが12匹生えている。 各ハサミムシの長さ、幅、高さ、湿潤質量を測定した。 藻類の質量は、殻から取り出した後に測定した。 使用した藻類の長さは3～10cm程度であった。 付着藻類の大きさは制御せず、フィールドで採取したものと同量にとどめた。 実験後、2種間の藻類質量を測定し、種間の有意差を検証した。
リンペットの投下には、Friday Harbor Labsの深さ0.5m、半径0.5mの円形水槽を使用した。 リンペットは実験に使用する前に3日間、流動海水水槽で維持された。 各リンペットは水面直下に保持した後、足下、足上げ、横向きの3つの姿勢のいずれかをとって落下させた。 各姿勢で5回落下させ、足下への着水回数を記録し、各姿勢での平均着水位置（落下回数に対する足下の着水回数の割合）とした。
データはANOVAテストの仮定に合致しないため、すべてのパラシュートデータに対して分割表検定を実行した。 U. lactucaを持つリンペットの開始方向の効果を見るために一元配置分散分析が使用され、（Acrosiphoniaを持つリンペットとは異なり）試験の仮定を満たすのに十分に正常なデータが生成されました。 すべてのANOVAテストは、JMP（SAS, 2007）を使用して実施された。 平均質量が種に関連しているかどうかを判断するために、藻類の質量を種ごとに比較するために、2-tailed Studentの-検定を行った。 2つの採集地点のフィールドでは、2種の藻類のみが貝殻に表在性に生育していることが確認されたため、Studentの検定が行われた
2.2. ドラッグフォース
WA州San Juan島のCattle Pointから、AcrosiphoniaとU. lactucaが殻の上に表在性に成長している10匹のリンペットを追加で採集した。 殻は体組織を除去し、エポキシ樹脂を充填し、ボルトで垂直に取り付けた。 このボルトは、循環式水路（0-3 m/s、作業区間 0.15 m × 0.15 m × 0.30 m）の壁と同じ高さに取り付けられた力変換器にリンペットを取り付けるために使用された（詳細については、Boller and Carrington 2006 を参照）。 LabVIEW 8.6 ソフトウェア（Austin, TX）を用いて，8 つの水流速度（0.2, 0.7, 1.2, 1.7, 2.2, 2.7 m/s）ごとに抗力（ニュートン単位）を記録し，水流速を測定した． データを収集し、各速度における測定値の平均を算出した。
1cm2あたりの力をニュートン単位で計算するために、水流に面したリムペットの面積を推定した。 面積は貝の高さと幅を測定し、三角形の面積の公式を使用して貝の前方向表面を与えることによって決定される推定値であった。 そして、記録された力をこの数値で割った。 これは、使用したリンペットの殻の大きさの違いによって生じる抗力の増加を正規化するために行ったものです。 表層動物の存在、藻類の種類、水流速の影響を調べるため、3-Way Repeated Measures ANOVAを実施した。 線形回帰分析を用いて、藻類の質量と抗力とを比較した。水流速は、すべてのリムペットの藻類（U. lactucaの一部は水路で剥がれた）を用いてデータを収集した最大速度の1.71 m/sとした。 藻類の種類（Acrosiphonia, U. lactuca）、エピビオントの有無（エピビオントあり・なし）、水流速度を主効果、リンペットの断面積を共変数とした完全要因型3ウェイANCOVAで水路からの抗力データを解析した結果、1.71 m/sの水流速度が最大であった。 水路の能力を超える抗力を推定するため、非線形回帰を行い、モデルを作成した。 水路の能力を超える抗力を推定するために非線形回帰を行い、2Nと25Nの抗力を計算し、抗力のみでハ虫類が脱走するのに必要な水流を求めた。 これらの力は、L. peltaとは異なるCellana tramoserica (Holten, 1802)の研究から得られたものであり、L. peltaでは特に力に関する研究が行われていないため、このような値になった。 藻類の平均質量が種によって異なるかどうかを判断するために、藻類の質量を比較するために、両側スチューデントの検定を行った。 温度実験
WA 州San Juan島のDead Man’s BayからAcrosiphoniaを持つ5匹とU. lactucaを持つ5匹のlimpetを採取した。 リンプレットはスプーンで殻から取り出した。 殻はZ-Sparエポキシで満たされ、熱電対が挿入され、風洞に置かれた。 Z-Sparを充填したリンペットは、実際のリンペットの体内温度と平均0.99 0.01の相関がある。 温度はデータロガー（CSI 21X、Logan、UT）で20秒ごとに5時間測定した。 風洞の速度は0.3 m/s、光量は風洞全体で700～800ワット/m2の範囲であった。 風洞に入れる前に、シジミの殻と藻類を12時間、流水海水に浸漬した。 基質は水平なテーブルに対して40度の角度で置かれた。
風洞内の空気温度は、空気温度が直接制御されなかったため、露出したデータロガーで実験期間中に記録された。 各リンペットは風洞実験を2回行った。 1回目は、現地で採取した藻類を付着させたまま風洞内に設置し、2回目は、藻類を付着させたまま風洞内に設置した。 1回目の実験が終わると、藻類を取り除いた殻を同じ風洞に入れ、同じ速度と明るさに設定した。 5時間の試験中、対照区と実験区の気温は18℃付近から26℃付近まで上昇しました。 これは、実験室で温度が制御されていないにもかかわらず、両試験で同一の条件を作り出しています。 風洞実験の温度データは、藻類種（Acrosiphonia、U. lactuca）、表層生物存在（表層生物あり・なし）、時間を主効果とした完全要因型3元配置ANOVAで分析した。 3.結果
3.1.藻類の種による質量比較のため、2-tailed Studentの検定を行い、平均質量が種と関連しているかどうかを検討した。 パラシュート仮説
AcrosiphoniaまたはU. lactucaの存在は、limpetの着地姿勢に非常に大きな影響を与えた（図1, , )。 両藻類はリンペットの直立着地を促進したが、この効果の強さには両藻類間で差があった(, )。 また、藻類の平均質量に有意な差はなかった()。 特に、Acrosiphoniaを持つリンペットは、沈むリンペットの開始姿勢に関係なく、>98%の確率で足を下にして着底した（図1）。 また、U. lactucaの存在も着底姿勢に影響を与えたが（、）、その影響はあまり一貫していなかった（図1）。 アクロシフォニアとは異なり、ウラジロガシを持つリンペットの着地姿勢には違いがあった（、、、図1）。 U. lactucaのデータで行ったANOVAテストでは、横向き投下と比べた足下投下、足上げ投下と比べた足下投下で有意差が見られた()。 フットダウンからの落下は、他の方向（横方向：63％、フットアップ：55％）よりもフットダウンに着地する確率が高い（95％）。 横向き開始とフットアップ開始の向きを比較すると、フットダウンに着地する頻度に差はなかった()。 アクロジフォニア群では、スタート方向の影響はなかった（図1）。 また、アクロジフォニア群では、スタート時の姿勢に関係なく、ほとんどフットダウンで着地していた。 また、エピゾイックグロースがない場合、リンペットはほとんど足下に着底しなかった。 また、足下に着底するまでの距離と時間はごくわずかであり、足上げ姿勢からスタートしたリンペットは数センチで足下に回転することがわかった。 7575>
3.2. ドラッグフォース
エピビオートの存在はドラッグを有意に増加させた（表1、図2）。 この効果の強さは藻類の種類によって異なり、AcrosiphoniaはU. lactucaよりも大きな抗力増加を引き起こした。 藻類の質量も抗力に大きな影響を与えた（）。 藻類の平均質量は、種間で有意な差はなかった()。 水流速が1.71 m/sのとき、藻体量と抗力には正の線形関係が記録された(, )。 しかし、藻類量が最も多かった最大のリムペットを除外すると、その関係は弱くなった(, )。 水流速と着生藻の有無は有意な交互作用を示し（表1）、流速とともに増加する抗力が着生藻の有無、質量、種類に影響されることが示された（図2）。 また、水流速と藻類の種類、着生植物の有無の3ウェイ交互作用も有意であった（表1）。藻類除去前後のリンペットの抗力比較では、U. lactucaで見られた効果に比べて、Acrosiphoniaは高流速で比例的に大きな効果があった（図3）。
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藻類増殖除去前後の個々のリンペットの抗力差の平均値。 データは平均標準偏差。
非線形回帰モデルにより、Acrosiphoniaを持つリラックスしたリンペットを抗力だけで外すのに必要な水流速は平均68%減少し、クランプしたリンペットは外すのに必要な水流速が28%減少した（表2）と予測された。 また、クランプした裸のリンペットとU. lactucaを持つリンペットの脱落は、30m/s以上の波力でなければ発生しないと考えられる。 また、理論上の最大水流速が20m/sの場合の抗力は、U. lactucaよりもAcrosiphoniaの藻類の成長によってより大きく増加すると予測された（Table 3）。 理論上の最大水流は、最大抗力値を決定するために、その場で発生する速度を予測したものである。 U. lactucaが生育している2つのリンペットは、最高水流速度に達する前にすべての藻類が消失しており、この藻類種がより一時的に発生したことを示していると思われる。
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エピビオントが存在すると、リンペットの内部温度上昇を著しく低下させた（図4、表3）。 しかし、この低減効果の強さは種に依存し、AcrosiphoniaはU. lactucaよりもlimpetを低温に保った(表4)。 これは、採取したリンペットにAcrosiphoniaが有意に多く付着していたためと考えられる（）。 藻類がある場合とない場合の平均温度差も、Acrosiphoniaがリンペットの温度に大きな影響を与えることを示したが、このパターンは風洞内で1時間後まで現れなかった（図5）。 1時間に近づくまで、最小限の差異しか記録されなかった。 図5
エピビオンを除去する前と後のヒメツメクサの平均温度差（標準偏差の平均値）。 UlvaとAcrosiphoniaは、1時間経過するまでは同様の冷却効果があるようだ。
最初の45分間は、藻類がある場合とない場合のLimpetの温度差はほとんどなかった(図4)。 風洞内の時間が長くなるにつれて、表在性藻類が生育していることの効果も大きくなった（表4、図4）。 また、時間と藻類の種類と表在性藻類の有無の三元交互作用も有意であり（表4）、Acrosiphoniaの負荷は、U. lactucaの負荷よりも時間が経つにつれて、清浄したリンペットに比べて相対的に多くの冷却を引き起こすことが示された。 また、着生植物の有無や着生植物の種類は、時間の経過とともに純温度に大きな影響を与えることがわかった。 表層性藻類のコストと便益
リンペットと表層性植物のAcrosiphoniaとU. lactucaとの関連について、個別のコストと便益が見出された。 また、AcrosiphoniaやU. lactucaの房を持つことで、脱落した際に足元に着地する確率が高くなることがわかった。 足から着地することは重要である（個人的観察）。 アクロシフォニアはラクトゥカよりも優れたパラシュートとして機能し、180回の試行のうち2回だけ、着地時の姿勢に関係なく足から上に着地することができた。 ただし、U. lactucaと一緒に採集した1個の貝は、藻類除去後にまれに足から下に着底することがあり、ほぼ足から下の位置でスタートしたときのみであった。 このように、貝殻の形状には自然なバリエーションがあることが有益であると思われるが、本研究ではより多くの推測を結論づけるほどには観察されなかった。 この結果は、表在性藻類が生育していることにメリットがあるのではないかという仮説を支持するものである。 しかし、フィールドで実際にシラサギが外れることは、少なくとも流体力学的な原因によって稀であると思われる。 満潮時や波が高くなる時間帯のシラサギの動きはわずかであり、流体力学的な原因による剥離のリスクは低い。 捕食者も脱落の原因となりうる。 カニがシラウオの殻の縁をこじ開けようとして捕食することが最も多く、その他、鳥類もシラウオを捕食しようとすることがある。 捕食に失敗した場合、足が完全に付着していないため抜けやすく、また足が損傷しているため保持が困難な場合がある。 また、捕食に失敗した場合、貝の形態に瘢痕が残ることもあります。 しかし、捕食という点では、表在性の藻類は一種のクリプシスとして機能する可能性がある。 クリプシスとは、生物が他の生物に発見されないようにする能力のことである。 本研究では測定しなかったが、藻類が殻を覆うことで、岩肌に沿って露出しているよりも発見が難しくなる可能性がある
アクロシフォニアは、特に水流が速くなると、リンプネットが受ける抗力の量に比較的大きな影響を与える。 いくつかの例では、装飾のないリンペットに比べて3倍の抗力の増加を引き起こした。 このように、抗力という観点から見ると、U. lactucaは、抗力の増加が平均0.1N/cm2にとどまり、リンペットに対するコストがより少ない藻類種であることがわかる。 フィールドでは、抗力はリンペットにとって致命的なものになる可能性がある。 20 m/sを超える波力を受ける。これは今回測定した波力のほぼ10倍である。 脱落の心配がない環境でも、抗力が大きいと、リンペットの移動にかかるコストが大幅に高くなる可能性がある。 また，海藻は，剥離しようとする力に比例した強さで基質を挟み込む． したがって、表層性成長をするハタゴイソギンチャクは、基質にしがみつく際に常に大きなエネルギーを消費している可能性がある。 また、流体力学的な観点から見ると、種や個体によって理論的に完全な殻とは大きく異なるため、脱走の危険性を殻の形状で最小化することはできないことにも注意が必要である。
U. lactuca と Acrosiphonia の両方が、太陽と風の力にさらされたシラウオの総体温上昇を減少させたが、Acrosiphonia はより効果的であった。 また、藻類は少なくとも5時間はこの冷却効果を持続させるほど水分を保持していた。 U. lactucaも短期的には同様の効果を示したが、Acrosiphoniaよりも乾燥が早いため、冷却効果はすぐに減衰してしまった。 なお、水分量は測定していないが、暴露期間終了時には、U. lactucaは完全に乾燥していたが、Acrosiphoniaは湿った手触りを保っていた。 このため、冷却効果は藻類の水分飽和の頻度に直接影響される可能性があり、これは水しぶきゾーンや一般的な日光への露出に関するリンペットの位置に依存すると思われる。 これは、U. lactucaよりもAcrosiphoniaの藻類の量が多かったためと思われる。 乾燥は、ハタゴオキアミの採餌行動と殻の形状の観点から特に重要である。 カワニナの採餌行動は、乾燥と捕食を防ぐために、ホームスカーフ（潮が引く前に岩肌に戻ることが多い場所）から離れる時間を最小限にするように行動的に最適化される。 熱応力を最小限に抑えようとする試みは、殻の形状比の変化にも表れています。 また、熱収支モデルにより、外気温によってライムペットの体温が予測されることが示されています。 したがって、将来の気候変動に伴う気温の上昇は、乾燥によるリンペットの死亡率を増加させる可能性がある。 環境変動は表在性の害と恩恵の変動をもたらす
シモリムシに最も恩恵を与える藻類の種は、おそらく生息地によって異なるだろう。 波浪暴露の高い地域のヒメダカは、抗力による藻類の増殖と共存するために高いコストを要するだろう。 このような生息環境では、表在性のAcrosiphoniaの成長が特に高いコストになる可能性がある。 Littorina littoreaでは、表在性のコストが測定され、カタツムリの成長率が35%減少した。 しかし、波浪暴露や捕食の試みによって外れた場合、最も有利な藻類種は、ヒメダカが基質に足から着地することを可能にするものであろう。 しかし、波浪暴露や捕食の試みによってハタゴイソギンチャクが外れた場合、最も有利な藻類は、ハタゴイソギンチャクが足下に着地できる藻類である。ハタゴイソギンチャクが上下左右に反転した場合、平均して半分の時間しか足下に着地できないことから、ラクトカは何らかの状況でパラシュートとして機能しないことがわかる。 このような状況では、アクロシフォニアがより良いエピビオントとなる可能性がある。 乾燥ストレスと体温に関しては、どちらの藻類も空気への暴露が短時間であれば影響はない。 しかし、暴露時間が長くなるにつれて、Acrosiphoniaの利点がより明らかになる。 ワシントン州サンファン島では、夏の真昼の大潮が、この乾燥効果を重要なものにする。
結論として、波速度が高く、剥離が少なく、日光や風への露出が少ないか短い場合、U. lactucaは表在性の藻類として最も有利であると思われる。
このほかにも、ヒメダカと藻類の関係には、まだ評価すべき点がたくさんある。 例えば、藻の余分な質量は、ハ虫類の這う速度を低下させ、あるいは脱走の可能性を増加させるかもしれない。 このような場合、移動が困難になるため採餌行動が変化する可能性がある。 餌が少なくなると、成長が遅くなったり、生殖能力が低下したりすることは、これまでのカタツムリの表在性-底在性研究で明らかになっていることである。 また、揚力は、抗力と並んで、ハダカデバネズミにとって大きな物理的ストレス要因になる可能性があります。 揚力を測定することで、移動と脱落回避のエネルギーコストについて、より詳細な情報を得ることができるかもしれません。 また、ここでは調査していないが、捕食の増減の可能性もある。 カニのEmerita analogaに関する過去の研究では、藻類の表皮の成長は、おそらく埋没時間に対する負の影響と捕食者による可視化の増加により、捕食を増加させることがわかった
表皮-底生生物の相互作用は複雑で、ここで検討した効果はより大きな画像の一部に過ぎない。 これらの単一の生物の影響を取り、その生物の個体数レベル、たとえば存在量や密度数への影響や示唆を考慮することは、特に興味深いことです。 このように規模を拡大することで、研究の焦点を、個体の生理学的影響から地域社会全体の影響へと移すことができます。 そして、これらの潜在的な地域社会全体の影響は、生態系全体に対するエピバイオシスの重要性を明らかにすることができる。 最終的に、最も望ましい表在性生物種は、この相互作用に直面しているすべての生物にとって、おそらく文脈依存的であり、さらなる研究が、異なる生息地間での異なる表在性生物種の正味のコスト/利益に関する我々の理解を深めるのに役立つかもしれない」
利害の衝突
著者は、この論文の出版に関して利害の衝突がないことを宣言した。
謝辞
フローラボを使用し、またプロジェクトの指導と支援をしてくれたEmily Carrington、統計的専門知識と準備とフィードバックに多大な協力をいただいたKevin Britton-Simmons と Megan Dethier、風洞の設定を手伝ってくれたCarrie Craig、データ入力にLaura Elsberryに感謝の意を表します。 現在の論文指導教官であるKefyn Catleyには、論文作成と出版を手伝ってもらい、感謝の意を表する。 また、精神的な支えとなり、日々の生活を夢のあるものにしてくれたFriday Harbor Labsの他のすべての人に感謝する。 資金提供：University of Washington Friday Harbor Labs, University of Washington Provost, and Mary Gates Endowment for Students.
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