【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】15H01725 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

海洋 / 微生物 / 凝集体 / 炭素循環 / 沈降フラックス / 中・深層 / ウィルス / 微生物群集 / 細菌 / 珪藻類 / 海洋炭素循環 / 微生物ゲノム / 細菌群集 / 有機物

【研究成果の概要】

海洋表層の基礎生産で生成された有機物（凝集体）の沈降によって媒介される炭素鉛直輸送（生物ポンプ）は、海洋内部での炭素貯留を促進するプロセスとして重要であるが、その変動や制御には不明の点が多い。本研究では、凝集体の形成・沈降過程を、凝集体と海洋細菌群集の相互作用という新たな切り口から追及した。実験的解析の結果、海洋細菌群集には、大型凝集体の形成を顕著に促進する作用があることが示された。また、凝集体形成促進能を持つ細菌グループとしてシュードアルテロモナス属を特定した。海洋観測研究では、凝集体の大深度分布や、炭素の鉛直・水平輸送において果たす役割についての解明を進め、成果を論文として公表した。

【研究の社会的意義】

今後、海水温の上昇や気候変動による海流の変化が起きたときに、生物ポンプの機能がどのように変化するのかを予測することは人類にとっての重大な関心事である。本研究の成果は、気候変動に対する海洋炭素循環システムの応答とそれが気候に及ぼすフィードバックを考えるうえで重要な基礎的知見である。また、凝集体は、海洋における汚染物質（放射性物質やマイクロプラスチックなど）の分布や動態にも強い影響を及ぼすことから、本研究の成果は、新しい海洋環境浄化手法の開発といった応用的な分野にも重要なヒントを与える可能性がある。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】45,500千円 (直接経費: 35,000千円、間接経費: 10,500千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】11694197 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細菌 / 海洋 / 溶存有機物 / ペプチドグリカン / ポリマー / 細胞外加水分解酵素 / 放射トレーサー法 / 北部北太平洋 / 溶存有機炭素 / 炭素循環 / 微生物 / 分解

【研究成果の概要】

1.海洋に蓄積している有機ポリマーである細菌細胞壁主成分(ペプチドグリカン)の分離、精製、定量法を検討した。
2.海洋細菌を用いてペプチドグリカンの放射標識標品を調製する方法を検討した。
3.上記の検討に基づき、海洋における高分子有機ポリマーの循環速度を高感度に測定するアッセイ法を新規構築することに成功した。
4.沿岸、外洋海域における培養実験を行い、高分子有機ポリマーの分解速度と、分解過程を詳細に解析した。その結果、海洋環境における複合ポリマーの加水分解と取り込みが脱共役していることを明らかにした。
5.有機ポリマーおよび溶存有機物の分解に関わる微生物量と活性の広域分布データ(北部北太平洋)の解析から、高分子分解活性の鉛直プロファイルに顕著な東西差が存在することをはじめて明らかにした。その要因の解析から、たんぱく質加水分解酵素の活性触媒である亜鉛の供給量が、有機ポリマー分解の地理的パターンの決定要因のひとつであるという新しい仮説を提案した。
6.太平洋の広範な海域における細菌活性の分布データから、海洋中深層では、沈降有機粒子から溶出する溶存有機物を細菌が消費する経路を通しての有機物酸化が、炭素フラックスの中で大きな役割を果たしていることを示唆した。この知見は、海洋の有機物循環をモデル化するうえできわめて重要である。
7.有機ポリマーを含む、溶存有機物の生成過程をモデル化し、細菌群集およびその捕食者(特に原生生物)を介在する有機物の変質過程が、海水中での有機ポリマー蓄積に重要な役割を果たしていることを示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】4,900千円 (直接経費: 4,900千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】08458142 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

海洋 / 溶存有機物 / 細菌 / タンパク質 / 炭素低環 / 加水分解酵素 / 温室効果 / 分解 / 炭素循環 / 微生物 / アミノ酸 / 細胞外酵素

【研究成果の概要】

海洋中の溶存有機物は、陸上植生、土壌有機物と並んで、地球上の3大有機炭素リザバ-のひとつの数えられている。その変動は、グローバルな炭素フラックス、さらには、大気中最大の温室効果気体である二酸化炭素の年-100年スケールでの変動にも影響を及ぼしうる.本研究の目的は、海洋における溶存有機物の蓄積メカニズムを、微生物生態学と地球化学を融合させた学際的なアプローチを用いて実験的に解明することである。生体ポリマーとして最も重要な成分である、タンパク質を材料とし、海水中における、膜、可溶性タンパク質の分解過程に関する実験的な解析を行った。新たに開発した2重標識トレーサー法を用いて、微生物分解速度定数の違いを求めたけった、膜タンパク質の分解速度定数を溶存タンパク質のそれに比した著しく低いことが始めて実験的に証明された。また、膜の除去により、タンパク質の分解速度定数が高まることも示された。これらの結果は、膜・壁成分による立体障壁が、海水中のタンパク質の保存機構として重要であることを強く示唆している。また、近年、地球化学的な観測により見出された。海水中に膜たん白質が多量に蓄積しているという現象もよく説明できると考えられる。さらに、分解の時間変化の解析から、膜一タンパク複合体を破壊するために、海洋細菌が多様な加水分解酵素を合成することも示された。以上の知見は、海洋における溶存有機物の変動をモデル化するうえで重要な意義を有する。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1996 - 1997

【配分額】6,800千円 (直接経費: 6,800千円)