由日本理化學研究所環境資源科學研究中心生物功能催化研究小組特任研究員(當時)莊野暢晃、生物功能催化研究小組組長中村龍平、理化學研究所環境代謝分析研究小組組長菊地淳、水產研究與教育機構主任研究員伊藤克敏等組成的聯合團隊，成功即時測量了海蚯蚓在養殖環境中活動時產生的電訊號。
從養殖場底質中採集到的海蚯蚓（供圖：理化學研究所）
近年來，包括一些初創企業在内，都在開發用於診斷養殖場環境的感測器技術。然而，對於水產養殖筏下投餌沉積物的底質環境，目前仍採用人工對底泥採樣的方式進行診斷和評估的方法。爲了診斷肉眼觀察不到、卻是滋生疾病和放大赤潮的溫床的底質生態系統，研究團隊和水產研究與教育機構合作，從2015年左右開始，利用電微生物學知識開發出了用於觀察生存在底泥環境中的生物（蚯蚓和多毛類）活動的感測器。
研究團隊使用該感測器，從水產養殖筏正下方約30米處採集了底質樣本（沉積物）。這些底質樣本中棲息着長度爲幾釐米的底栖生物海蚯蚓。這些海蚯蚓對硫化氫有很強的耐受力，可以淨化連串裝置被有機物質污染的沉積物。對此，研究團隊他們將樣本放置在電化學反應器中，對海蚯蚓產生的電訊號進行了測量。
爲了獲得含有海蚯蚓的底質所產生的環境電位的時序數據，研究團隊對底質電位進行測量後發現，底質電位隨着時間的推移而擧升，最終升至+400毫伏左右。對此處投放5毫克飼料後，電位急劇下降至0伏左右，之後隨着時間的推移而擧升，最終又恢復到投放飼料前的電位。
爲了觀察對投餌量的底質環境電位的響應性，研究團隊投放了20毫克的過量飼料。發現在投放飼料之後電位立即下降，最終降至約-300毫伏，之後一週時間，電位仍然沒有復原，維持在約-300毫伏的負值處。這一結果表明，飼料的投放量超過了海蚯蚓的環境淨化連串裝置能力。事實上，在加入了20毫克過剩飼料的底質中，底質變成淤泥，幾乎所有的海蚯蚓均死亡。
另外，研究團隊在測量環境電位的同時，還進一步調查了海蚯蚓的行為。發現在投放飼料之前，約有一半的海蚯蚓的尾巴是伸出在海水中的，但投放飼料電位開始下降後，幾乎所有的海蚯蚓都縮回了底質，整個身體均埋入底質中。當電位開始恢復時，海蚯蚓又再次將尾巴伸出在海水中，回到了原來的位置。
最後，研究團隊使用試驗設備，對人爲改變環境電位時海蚯蚓的行為和代謝情況進行了觀察。結果顯示，當人爲地將電位設置爲正值時，海蚯蚓會將其尾巴伸出到海水中，而當電位被設置爲負值時，它們會將整個身體埋入底質。研究證實，海蚯蚓可以按照人爲控制的電位可逆性切換有氧呼吸和富馬酸呼吸（一種在低氧濃度環境下進行的呼吸）。
研究團隊組長中村龍平表示：「今後我們希望把實驗室中驗證過的技術運用到水產養殖場的實際環境中去，進一步證明該技術的實用性。另外，我們還將利用物聯網開發資訊傳送技術，將什麼時間、應該給魚投餵多少飼料等資訊發送到水產養殖者的手機上」。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Frontiers in Microbiology
論文：Tracing and Regulating Redox Homeostasis of Model Benthic Ecosystems for Sustainable Aquaculture in Coastal Environments
DOI: 10.3389/fmicb.2022.907703
