由日本理化学研究所环境资源科学研究中心生物功能催化研究小组特任研究员(当时)庄野畅晃、生物功能催化研究小组组长中村龙平、理化学研究所环境代谢分析研究小组组长菊地淳、水产研究与教育机构主任研究员伊藤克敏等组成的联合团队，成功实时测量了海蚯蚓在养殖环境中活动时产生的电信号。
从养殖场底质中采集到的海蚯蚓（供图：理化学研究所）
近年来，包括一些初创企业在内，都在开发用于诊断养殖场环境的传感器技术。然而，对于水产养殖筏下投饵沉积的底质环境，目前仍采用人工对底泥采样的方式进行诊断和评估的方法。为了诊断肉眼观察不到、却是滋生疾病和爆发赤潮的温床的底质生态系统，研究团队和水产研究与教育机构合作，从2015年左右开始，利用电微生物学知识开发出了用于观察生存在底泥环境中的生物（蚯蚓和沙蚕）活动的传感器。
研究团队使用该传感器，从水产养殖筏正下方约30米处采集了底质样本（沉积物）。这些底质样本中栖息着长度为几厘米的底栖生物海蚯蚓。这些海蚯蚓对硫化氢有很强的耐受力，可以净化被有机物污染的沉积物。对此，研究团队他们将样本放置在电化学反应器中，对海蚯蚓产生的电信号进行了测量。
为了获得含有海蚯蚓的底质所产生的环境电位的时序数据，研究团队对底质电位进行测量后发现，底质电位随着时间的推移而上升，最终升至+400毫伏左右。对此处投放5毫克饲料后，电位急剧下降至0伏左右，之后随着时间的推移而上升，最终又恢复到投放饲料前的电位。
为了观察对投饵量的底质环境电位的响应性，研究团队投放了20毫克的过量饲料。发现在投放饲料之后电位立即下降，最终降至约-300毫伏，之后一周时间，电位仍然没有复原，维持在约-300毫伏的负值处。这一结果表明，饲料的投放量超过了海蚯蚓的环境净化能力。事实上，在加入了20毫克过剩饲料的底质中，底质变成淤泥，几乎所有的海蚯蚓均死亡。
另外，研究团队在测量环境电位的同时，还进一步调查了海蚯蚓的行为。发现在投放饲料之前，约有一半的海蚯蚓的尾巴是伸出在海水中的，但投放饲料电位开始下降后，几乎所有的海蚯蚓都缩回了底质，整个身体均埋入底质中。当电位开始恢复时，海蚯蚓又再次将尾巴伸出在海水中，回到了原来的位置。
最后，研究团队使用试验设备，对人为改变环境电位时海蚯蚓的行为和代谢情况进行了观察。结果显示，当人为地将电位设置为正值时，海蚯蚓会将其尾巴伸出到海水中，而当电位被设置为负值时，它们会将整个身体埋入底质。研究证实，海蚯蚓可以按照人为控制的电位可逆性切换有氧呼吸和富马酸呼吸（一种在低氧浓度环境下进行的呼吸）。
研究团队组长中村龙平表示：“今后我们希望把实验室中验证过的技术运用到水产养殖场的实际环境中去，进一步证明该技术的实用性。另外，我们还将利用物联网开发信息传送技术，将什么时间、应该给鱼投喂多少饲料等信息发送到水产养殖者的手机上”。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Frontiers in Microbiology
论文：Tracing and Regulating Redox Homeostasis of Model Benthic Ecosystems for Sustainable Aquaculture in Coastal Environments
DOI: 10.3389/fmicb.2022.907703
