【研究領域課題番号】19K06198 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

日本海 / 安定同位体比 / 懸濁態有機物 / 基礎生産 / 安定同位体 / 黒潮 / 植物プランクトン / 動物プランクトン / 対馬暖流 / 窒素 / 炭素 / 物質循環 / 食物網構造

【研究成果の概要】

日本海で取得した懸濁態有機物の炭素・窒素安定同位体比の分析および結果の統計解析について進めた。安定同位体比の分析については、442試料の分析を終わらせ、季節的に均質ではないものの、統計解析には十分な分析結果を得ることができた。この結果について、統計解析をしたところ、日本海の安定同位体比については多峯性を示しており、ガウス混合モデルから4つのグループ（i-iv）に分類された。ほとんどの試料はグループii（n = 442）に分類され，そのグループのδ13CPOMとδ15NPOMの平均±標準偏差（sd）はそれぞれ-23.7 ± 1.2‰ と 3.1 ± 1.2‰ であった。グループiは低δ15NPOM (-2.1 ± 0.8‰, n = 11)、グループiiiは低δ13CPOM (-27.1 ± 1.0‰, n = 22)、グループivは高δ13CPOM (-20.7 ± 0.8‰, n = 34)が特徴であった。一般化線形モデル（GLM）を用いると、水温とクロロフィルa濃度がδ13CPOMに正の影響を与え、活発な光合成と植物プランクトンの増殖がδ13CPOMを上昇させることが支持された。サンプリング深度、緯度、塩分、硝酸塩濃度もGLMではδ13CPOMに有意な影響を与えたが、クラス間の差は有意なままであった。δ15NPOMの平均値は、日本海では主に硝酸塩を起点とした基礎生産が生じていることを示唆したが、GLMではδ15NPOMの変動は水温と塩分によって説明され、多くの海域で説明要因となる硝酸塩濃度は説明変数とならなかった。これは、長江、黒潮、大気など様々な硝酸塩起源が日本海の一次生産に重要であるためと考えられた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】17H06105 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

同位体置換分子種 / アイソトポログ / アイソトポマー / 地球環境 / 物質循環 / 環境解析 / 安定同位体 / 環境診断

【研究成果の概要】

全ての分子は多数の同位体置換分子種（本課題ではアイソトポログと総称する）から構成されているが、まだそのほとんどが正確に計測できていない。それらの計測法を開発するとともに、開発した計測法を速やかに適用し、国際標準の地球環境診断法とした。
重要な環境物質のアイソトポログの自然存在度を計測し、地質、生物、人為の3つの過程の中で重要なプロセスを解析することで、各プロセスとその相互作用で決まる地球表層環境を物質循環変化として分子レベルで診断する方法を創出した。

【研究の社会的意義】

アイソトポログ研究は分子の起源や履歴に関する新たな基礎的分子解析の扉を開いたと言える。これまでの伝統的な同位体標準に直接準拠できるとともに、アイソトポログの集合体である場合が多い標準物質に対して、あいまいさを排除した、より高確度の標準法を樹立した。
多様なプロセスが関わるため、原因解明や影響対策評価の明確な解析が困難である近年の急速な地球環境変化や過去の生物地球化学的イベントに対して、究極の診断を可能とし、さらなる応用分野への展開を可能とした。
1954年から隔年開催の歴史あるゴードン会議欧州版から共催依頼を受け、主宰してきた国際会議をISI+Isotopesとして発展的に主導することが確定した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2017-05-31 - 2022-03-31

【配分額】211,120千円 (直接経費: 162,400千円、間接経費: 48,720千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】23224013 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

物質循環 / 安定同位体 / アイソトポマー / 環境計測 / 理論計算 / 数値モデリング / 地球環境物質 / 同位体分別理論計算 / 分子内同位体分布 / エタノール / 三種酸素同位体比 / 分別係数理論計算

【研究成果の概要】

水素から硫黄に至る生元素安定同位体の自然存在度は、物質循環追跡に有効である。本研究では単一同位体に限られていた環境分子中の同位体の組み合わせからなる多種同位体置換種、即ち「アイソトープの分子版」であるアイソトポマーの計測・解析法を開発した。
これを地球温暖化関連物質とその前駆物質である生体分子に適用し、起源、生成・消滅過程の情報を読み解いた。
未計測分子と観測不可能な短寿命反応中間体などの存在度予測には第一原理に基づく理論計算を行って補完した。また、地球規模3次元化学輸送モデルを窒素・硫黄酸化物に適用し、主要な地球温暖化ガスとエアロゾルの循環を解明した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】208,390千円 (直接経費: 160,300千円、間接経費: 48,090千円)

【研究分野】生態・環境

【研究領域課題番号】19405009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大規模撹乱 / 沿岸生態系 / 生物群集 / 熱帯海域 / アマモ場 / 物質循環 / ベントス / リモートセンシング / 安定同位体

【研究成果の概要】

本課題は、熱帯沿岸生態系の主要な構成要素である海草藻場を対象に、津波による大規模撹乱と局所的な環境改変の複合効果が生物群集に与える影響を解明する。一連の統合的アプローチにより、津波発生前後の海草藻場の変動パターンが明らかになると共に、津波による効果には、モンスーンや河川水による物質供給パターンの変動や、底生生物による生物撹乱等も複雑に関与していることが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2010

【配分額】16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】19201004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

物質循環 / 安定同位体 / 微生物 / ガス代謝 / アイソトポマー / 微生物ガス代謝 / 純粋培養 / 微生物過程 / 培養実験

【研究成果の概要】

一酸化二窒素(N_2O)、メタン(CH_4)、および硫化水素(H_2S)は温室効果やエアロゾル形成を介して地球の気候変動と密接に関わっている。これらN_2O、CH_4、H_2Sのアイソトポマー比を用いた循環解析を発展させるために、微生物ガス代謝過程に着目し、(1)単一微生物種の純粋培養実験、(2)複数種(共存・競合)培養実験、および(3)環境試料の室内培養実験および観測を利用して、種々の微生物ガス代謝とアイソトポマー比の関係を定量化した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】49,270千円 (直接経費: 37,900千円、間接経費: 11,370千円)

【研究分野】林学・森林工学

【研究領域課題番号】18380093 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

森林集水域 / 生態系機能 / 水質浄化機能 / 安定同位体 / 微生物生態学 / 森林流域 / 物質循環

【研究成果の概要】

本研究の成果は以下に集約される。
(1)先端的な安定同位体測定法である脱窒菌法によって、NO3-同位体比測定で森林の窒素循環における大気降下物の影響を明らかにした。
(2)土壌水・地下水・溶存有機態炭素DOCの同位体比を測定することで、森林からの流出有機物の生成プロセスを明らかにすることができた。
(3)森林集水域の窒素・炭素循環の長期予測するモデルに水文モデルを付加し、森林の伐採等の撹乱による影響としての窒素や炭素流出の予測が可能になった。これによって、森林流域の水質浄化機能を、養分循環のプロセスモデルに立脚して評価する手法を提示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2009

【配分額】18,120千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 3,120千円)