東京大学 大気海洋研究所50年史 1992-2001 東京大学 大気海洋研究所50年史 1992-2001

第5章 研究系と研究センターの活動

5-3 海洋生命システム研究系

海洋における生命の進化・生理・生態・変動などに関する基礎的研究を通じて,海洋生命システムを多角的かつ統合的に理解する研究系である.海洋生態系動態部門,海洋生命科学部門,海洋生物資源部門よりなる.

5-3-1 海洋生態系動態部門

海洋生態系を構成する多様な生物群の生活史,進化,相互作用,動態,および物質循環や地球環境の維持に果たす役割の解明を目指す.浮遊生物分野,微生物分野,底生生物分野よりなる.

(1)浮遊生物分野

本分野の前身は,海洋研究所発足第2年目(1963年)に設置されたプランクトン部門である.1992年の本分野の陣容を見てみると,教授川口弘一,助教授寺崎誠,助手に西田周平と津田敦がおり,川口が教授に昇任して2年目である.1994年12月に寺崎が国際センター教授として昇任し,1996年4月に西田が助教授として昇任した.さらに同年4月,津田が北海道区水産研究所へ転出し,1996年5月に西川淳が助手として採用された.2001年3月に川口が退官し,2002年1月に西田が教授として昇任し,2003年4月には津田が助教授として転入した.2010年4月には西田が国際連携研究センター国際協力分野教授として異動し,2011年4月に津田が教授として昇任した.

川口の初期の学生は大槌湾を対象としており,その中で高橋一生(大学院生)は,砂浜域に生息するアミ類の生活史,棲み分け,食性などを明らかにし,これらの成果は多くの引用や教科書への掲載などインパクトのある成果となった.また,ハダカイワシやマイクロネクトンを対象とした大学院生の研究が川口の指導で展開され,年変動,食性,生活史など多くの成果が発表された.その後の展開も含めて,杢雅利が日本海洋学会岡田賞(2004年),佐々千由紀が文部科学大臣表彰若手科学者賞(2008年)を受賞している.1996年6月に助手となった西川淳は,浮遊性被嚢類の研究で,日本海洋学会岡田賞を2001年に受賞し,その後,研究対象をゼラチン質プランクトンに広げ,南極海や東南アジアをフィールドとして研究を展開している.

2002年1月に本分野の教授となった西田は,助教授時代から中深層の食物網構造,機能形態学,動物プランクトンの種多様性の創出・維持メカニズムの研究を推進し,その中で町田龍二(大学院生)は,カイアシ類の分類や系統解析に分子生物学的な手法を持ち込んだ先駆的な研究を行い,日本海洋学会岡田賞(2004年)を受賞している.町田の築いた手法や考え方は,研究室で受け継がれ,現在では多くの学生がそれを継承している.また従来の形態分類に基づく手法によっても,松浦弘行(大学院生)は中・深層において顕著な種多様性を示す肉食性カイアシ類の分布と摂餌器官の機能形態を解析し,栗山美樹子(大学院生)はデトリタス食性カイアシ類に着目し研究を行った.これらの研究は,中深層の種多様性を議論する基礎となる重要な文献として高く評価されている.これらの蓄積のもと現在大学院在学中の佐野雅美は,中深層性カイアシ類の食性を網羅的に扱い,多くの手法を導入することによって新しい知見を次々と明らかにし,多くの学会で最優秀発表賞を受賞している.さらに,西田は全海洋の生物多様性に関する知見の拡充を目指す国際共同研究Census of Marine Life(2000~2010年)の一環として,全海洋動物プランクトンセンサス(Census of Marine Zooplankton)と日本学術振興会の多国間協力事業「沿岸海洋学」(2001~2010年)を先導し,アジア海域における動物プランクトンの多様性に関する調査,研究,教育,およびキャパシティビルディングを推進してきた.

2011年4月より教授となった津田は,水産研究所時代に立ち上げた海洋鉄散布実験を継続し,2004年に北太平洋における3回目の実験(SEEDS II)を研究代表として先導し,北太平洋亜寒帯域の生物生産における鉄の役割を明らかにした.第4の律速栄養としての鉄の役割の解明は世界的に見ても1990年代から20年間で最も海洋像を変えた大きな発見であり,北太平洋における研究成果は世界的にも評価が高い.鉄散布実験以降は,特定領域研究「海洋表層・大気下層の物質循環リンケージ」において,台風が生物生産に及ぼす影響や亜熱帯に生息する動物プランクトン生活史などをターゲットとし研究を進めた.その中で,ポスドクの下出信二は亜熱帯性の大型カイアシ類に注目し,それまで亜寒帯種,温帯種にしか知られていない成長に伴う鉛直移動や中深層における休眠が亜熱帯の大型カイアシ類で広く見られる現象であることを明らかにし,時空間的に不規則な生物生産を利用していることを示唆した.これらの発見は,浮遊生物分野出身の農学生命科学研究科教授,古谷研研究室による栄養塩の高精度測定による亜熱帯海域の不均一性などとともに,亜熱帯海域の理解を飛躍的に向上させた.亜寒帯太平洋における研究成果により,津田は日本海洋学会賞を受賞している(2012年).

1992年4月以降,博士の学位を取得したのは,呉奉喆,蔡辰豪,神山孝史,河村知彦,西川淳,豊川雅哉,高橋一生,廣瀬太郎,石垣哲治,木立孝,三宅裕志,渡辺光,Dhugal J. Lindsay,高山晴義,林周,山田秀秋,日高清隆,杢雅利,佐々千由紀,田邉智唯,瀧憲司,伊東宏,町田龍二,Travis Blake Johnson,松浦弘行,栗山美樹子,Sean Treacy Toczko,市川忠史,野々村卓美,宮本洋臣である.修士の学位を取得したのは,高橋一生,廣瀬太郎,小林晴美,石垣哲治,渡辺光,日高清隆,杢雅利,奥村賢一,佐々千由紀,蔵田泰治,松浦弘行,Sean Treacy Toczko,栗山美樹子,竹光保,吉田圭佑,水上碧,徳江有里,町田真通,佐野雅美,藤岡秀文,安木奈津美である.

2011年度の在籍者はD1:[農]平井惇也,M2:[農]安木奈津美,藤岡秀文,M1:[農]伊佐見啓である.

(2)微生物分野

本分野は1966年設置の海洋微生物部門を前身とし,2000年より微生物分野となった.1992年4月当時の教官スタッフは大和田紘一教授,木暮一啓助手であった.1992年6月に西村昌彦が助手として着任した.1993年1月に木暮助手が助教授に昇進した.1997年6月に和田実が助手として着任した.2001年4月に大和田は熊本県立大学に転任した.2002年1月に木暮が教授に昇進した.2003年7月にオーストラリア,フリンダーズ大学より,James Gordon Mitchellが助教授に着任した.Mitchellが2004年4月にフリンダーズ大学に転任した後,広島大学准教授であった濱崎恒二が2006年4月に助教授に着任した.和田助手は2008年3月に長崎大学に転任した.2010年4月,海洋研究所は大気海洋研究所となり,新たに地球表層圏変動研究センターが設置された.木暮教授はその生物遺伝子変動分野の教授に移り,微生物分野の教授を兼任とした.

本分野は設置以来,分子生物学的な手法を含む多様なアプローチを基に海洋微生物の生理的特性,系統関係,生態を明らかにすることを目指してきた.以下,主な課題について説明する.

1990年代前半には生理活性物質,とりわけテトロドトキシンに代表されるナトリウムチャンネルブロッカー(SCB)の海洋細菌による生産あるいは天然での分布についての研究が行われた.木暮が1980年代に開発したSCB検出用の神経芽細胞を使った高感度組織培養アッセイ法および化学分析手法を併用し,SCBが沈降粒子,泥,沿岸の貝類や線虫などに広く分布することを明らかにするとともに大学院学生(農学生命科学研究科)らによる研究成果を通じ,SCBが微生物によって生産された後,食物連鎖を通じた物質循環を通じて伝搬していくという新しい概念を提案した.また,神経芽細胞を用いた方法の改良法には浜崎によって改良が加えられ,世界中で利用されつつある.

また,同時期の1990年代に分子生物学的な手法の導入による海洋微生物群集構造の解明,あるいは特定の群集の動態解析が行われた.西村は木暮が提案したDVC(Direct Viable Count)法とFISH(Fluorescence in situ Hybridization)法とを組み合わせ,天然の細菌の中で高い活性を持つ個々の細胞を顕微鏡下で直接計数する方法を提案した.また,浜崎はBrdU(Bromodeoxy Uridine)を天然海水に加えて一定時間培養した後,その微生物群集の核酸を抽出してBrdUでラベルされた配列を解析することによって活発に増殖しているグループを選択的に明らかにする方法を開発し,大学院学生ら(農学生命科学研究科)とともに沿岸から外洋にかけての様々な環境に応用してきた.さらに2004年から2005年にかけて行われた白鳳丸の南太平洋域での航海試料はいわゆる次世代シークエンサを用いて解析がなされ,濱崎は数的には少なくとも活発に増殖しうる一群を見出してRare but Activeという概念を提唱しつつある.

こうした遺伝子レベルの研究に並行し,培養法を用いて特定の微生物群を分離し,その分類,系統,生理,生態を調べる研究も並行して行われてきた.和田は発光細菌の発光メカニズム,とりわけ呼吸系とのカップルに着目した研究を開始し,大学院学生(新領域創成科学研究科)らによって系統群に応じて発光波長が少しずつずれていることが初めて明らかにされた.一方,光を利用する細菌として,好気性非酸素発生型光合成細菌ならびにプロテオロドプシンを保持する細菌についての研究が行われてきた.後者については,世界最大の分離株コレクションを持ち,それらの系統解析に加えて分離株を用いてプロテオロドプシンの活性を測定することに初めて成功し,その結果からプロテオロドプシンの海洋中での機能を定量的に推定することを可能にした.一方,特定の細菌種を対象とした研究として,東京湾および外洋から初めて緑膿菌を初めて分離し,それが系統的に独自の一群であること,それらの間にも一部の抗生物質耐性遺伝子があることを明らかにした.さらに2009年以後は海洋細菌の分類的な記載を押し進め,古細菌を含む10株以上の細菌の新種あるいは新属提案を行ってきた.

木暮は,大学院学生(農学生命科学研究科,新領域創成科学研究科)とともにいくつかの新しい方法論を開発し,それを海洋細菌に応用してきた.ぺプチドグリカンのアッセイ系を用いて海洋微生物を定量する新たな方法を提案し,それを用いて細菌のウイルスによる溶菌プロセスを解析した.また異なる生理状態にある細胞を密度勾配遠心法によって分取可能であることを示し,さらに天然細菌群集を対象とした解析から,系統群に応じた密度の違いがあることを明らかにした.一方,原子間力顕微鏡を用いた海洋細菌の解析法を初めて提案し,それを用いた知見から,天然細菌群集が微小粒子を捕獲するという概念を提案した.

微生物分野の研究の大部分は基礎研究に充てられてきたが,応用的なプロジェクト研究もいくつか行ってきた.大和田はメソコズムを用いて油の汚濁が微生物群集とりわけ原核生物と真核性単細胞生物に与える影響を解析した.木暮,和田は沿岸域底泥に生息するイトゴカイが巣穴を形成することにより,微生物による有機物分解活性を高めることを明らかにした.さらに木暮は2010年から淡水化プラントにおける微生物バイオフィルム形成に関わる研究を,2011年から科学技術振興機構(JST)による戦略的創造研究推進事業(Crest)「超高速遺伝子解析時代の海洋生態系評価手法の創出」を進めるとともに,2012年から文部科学省による「東北マリンサイエンス拠点形成事業」の大気海洋研究所代表者となっている.

1992年4月以降博士の学位を取得したのは,浦川秀敏,和田実,カンチャナ・ジュントンジン,チュティワン・デサクンワッタナー,崎山徳起,呉秀賢,砂村倫成,柴田晃,朴泳泰,都丸亜希子,オッキー・ラジャサ,西野智彦,吉田明弘,ヌルル・フダ・カン,神谷英里子,吉澤晋,井上雄介,徐維那,多田雄哉,井上健太郎,伊知地稔.修士の学位を取得したのは,崎山徳起,砂村倫成,柴田晃,三朝千稚,浦川秀敏,神谷英里子,豊田圭太,好田勉,神谷明子,東海林伸哉,吉田明弘,神谷英理子,森田幹晴,木全則子,井上雄介,徐維那,井上健太郎,内山奈美,和田耕一郎,桜井大志,陶景倫,菅友美,佐藤由季,和田英里,近藤英恵,小池いずみ,村田奈穂,杉本康則,猪又健太郎,岡本亜矢子,渡辺敬吾の各氏である.また,ポスドクとして,ビナヤ・ナヤク(インド),グレッグ・バーバラ(オーストラリア),張丹(中国),千浦博らが滞在した.

2011年度の在籍者はD3:[農]伊知地稔,[新]井上健太郎,D2:猪又健太郎,宋在浩(韓国),D1:[新]毛利亜矢子,M2:[農]渡辺敬吾,M1:[農]鈴木翔太郎,[新]ステファヌス・バユ・マンクラット(インドネシア),海洋科学特定共同研究員:井上雄介,日本学術振興会外国人特別研究員:サイ・エイジュン(韓国),特任研究員:金子亮,多田雄哉,都丸亜希子,野村英明である.

(3)底生生物分野

本分野は1970年設置の海洋生物生態部門を前身とし,2000年より底生生物分野となった.1992年4月当時のスタッフは太田秀教授,白山義久助教授,小島茂明助手,相生啓子助手,土田英治技術官であった.1993年4月仲岡雅裕が助手として着任した.1997年7月白山が京都大学教授に昇任した.1998年6月小島が助教授に昇任した.2000年4月土田が逝去した.2001年3月相生が定年退官した.2001年10月仲岡が千葉大学助教授に昇任した.2002年4月嶋永元裕が助手として着任した.2006年4月嶋永が熊本大学助教授に昇任した.2007年3月太田が定年退官した.2008年3月小島が教授に昇任した.2010年1月宮崎大学助教であった狩野泰則が准教授に着任した.2011年7月小島が新領域創成科学研究科教授,海洋研究所兼務教授となった.この間,事務補佐員や技術補佐員として小野浩子,廣川美奈子,小関玲子が分野の研究教育活動に貢献した.

本分野は設置以来,潮間帯から海溝に及ぶ海底に生息する底生生物(ベントス)の生態や進化を多様な手法により研究してきたが,学術研究船や深海調査船を用いた外洋域の深海生物研究に大きな特色があった.1990年代は我が国における深海化学合成生物群集研究の基礎が築かれた時代であり,大田を中心に海洋研究開発機構と共同で,熱水噴出域や冷湧水域の発見と生物相の調査が続いた.2000年夏にはインド洋で,熱水噴出域とそれに伴う生物群集を世界に先駆けて発見した.また,マヌス海盆で繰り返し調査を行った結果,10年程度で生物相が変化することを発見した.小島と大学院生の渡部裕美,頼末武史,徐美恵らによる分子系統解析は,西太平洋の化学合成生物群集の主要な動物群の種間の系統関係,集団構造,隠蔽種の存在などを次々に解明した.その過程でハオリムシ類が多毛類の内群であることを示し,環形動物門の分類体系に反映された.地域集団間の遺伝的分化の情報は,近年の熱水鉱床開発の環境影響評価に活用されている.そうした集団構造形成の主要な要因として注目されている浮遊幼生期の分散について,渡部はシンカイハナカゴ類を材料に先駆的な飼育実験を行い,水温に対応した幼生期間の制御が長距離分散を可能にしていることを示唆した.2010年には新学術領域研究「海底下の大河」の一環として,南部マリアナトラフで熱水域固有種の集団構造解析と幼生の直接採集による幼生分散研究を実施した.狩野は熱水噴出域,冷湧水域や沈木などの深海の還元的な環境の貝類と干潟など浅海の還元環境の種の系統関係を解析し,貝類の還元環境への適応と分散の進化史を推定した.

化学合成系以外の深海では,大田が大学院生の葉信明,末次貴志子らとともに大形底生生物(メガベントス)の生物地理学的研究を継続した.末次は底魚イバラヒゲの浮き袋形態の分布深度による変化を明らかにするとともに,底魚群集の日周変化を研究した.白山,嶋永,大学院生の伊藤誠らによって三陸沖や海溝域で小型底生生物(メイオベントス)群集の深度変化の研究が進められ,現在も大学院生の北橋倫に受け継がれている.また相模湾の定点における深海生態系を集中的に調査し,海洋表層から深海底に及ぶ一連の季節変化を鮮明に捉えることに成功した.小島は大学院生の児玉安見,足立健郎らと最終氷期最盛期に絶滅したと考えられていた日本海の深海生物が種によっては生残していたことを明らかにした.種による生残と氷期後の再侵入の有無が初期生活史の違いに起因するという仮説を大学院生の佐久間啓が,底生魚類の耳石の微量元素解析により検証している.狩野は深海や海底洞窟に生息する「生きた化石」と呼ばれる貝類の比較解剖,分子系統解析および化石記録の調査から形態進化の遅滞について検討した.

大槌湾では,白山と大学院生の金東成が潮下帯の線虫群集の摂餌量と呼吸量を季節ごとに精密に測定し,年間のエネルギー収支を求めた.また群集構造の季節変化が植物プランクトンのブルームと密接に関連していることを明らかにした.仲岡は二枚貝フリソデガイの成長量,生残率,繁殖量解析により個体群動態を明らかにした.また個体群推移行列や成長輪を用いた解析により加入量や成長量に大きな年変動があることを示した.嶋永は間隙性ソコミジンコ類の繁殖生態や交尾前ガード行動の研究を行った.

アジア太平洋地域の干潟とアマモ場で,向井,相生,仲岡らが海草類と底生生物の多様性や群集生態の研究を展開した.向井は様々な実験的手法を用いて,生物群集の非栄養的な相互作用の重要性を示すとともに,主要草食動物のアマモ場利用様式や希少種の保全に必要なアマモ場面積の評価などに関する研究を行った.相生は日本沿岸のみに生息するアマモ属海草類の保全生態学を推進し,大槌湾沿岸のタチアマモの生態系における機能を明らかにして,希少種の絶滅リスク評価を行った.仲岡は大学院生の豊原哲彦,河内直子らとともに海草と小型無脊椎動物の相互作用に関する研究を繰り広げた.一方,小島は日本周辺におけるサザエの遺伝的集団構造を解析し,対馬暖流と黒潮の流路に対応する2つの系統群の存在を明らかにした.さらに同様の研究を様々な沿岸種を対象に行い,直達発生種であるホソウミニナで最も顕著な集団構造を見出した.本種を対象として,人為的な移動や巨大津波の影響を視野に入れた研究が大学院生の伊藤萌らにより展開している.狩野は大学院生の福森啓晶らと様々な貝類を対象に,標本の収集・分析と生体観察に基づいた自然史研究を行っている.特に熱帯島嶼における河川動物相の成立と維持機構の解明を目指して,低緯度地域の沿岸河川で優占する両側回遊性巻貝の分布,遺伝的・形態的多様性,系統および進化,行動生態,初期発生と分散について研究を進めている.

1992年4月以降,博士の学位を取得したのは仲岡雅裕,橋本惇,金東成,清水建司,嶋永元裕,渡部元,葉信明,末次貴志子,渡部裕美である.修士の学位を取得したのは清水建司,渡部元,嶋永元裕,葉信明,豊原哲彦,Julio García,河内直子,児玉安見,伊藤誠,内海隆司,Daniel Edison Husana,足立健郎,岩崎藍子,村上宗樹,伊藤萌,頼末武史,今村陽一郎,中野祐,佐久間啓,徐美恵,前田玲奈,日高裕華である.

2011年度の在籍者はD3:[新]伊藤萌,頼末武史,D2:[新]北橋倫,D1:[理]佐久間啓,[新]徐美恵(韓国),福森啓晶,M2:[新]日高裕華,M1:[理]高野剛史,[新]野口泰助,橋口治水,矢萩拓也,大学院研究生:[理]瀬尾絵理子,海洋科学特定共同研究員:北沢公太である.