資料　Ⅱ

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めぐのたかにし
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1 4. 海洋生態系ダイナミクス研究 4.1 まえがき海洋の生物と生態系を包含する科学研究は, 調査技術の発展とともに大きく変容してきている調査エリアは沿岸のみならず深海および海底下にまで広がり, また遺伝子レベルで取り組むミクロな研究から, グローバルスケール研究にまで及んでいるそして, 熱水噴出孔における生命起源の可能性や海洋における種機能生態系といった生物多様性の一端を明らかにしてきた. また, 研究の進展は, 地球環境変動, 人間活動, 巨大地震により海洋生態系は変動することを指摘し, 人類の存続にむけた研究に取り組む必要性が大きくなってきている. 海洋における生物と生態系の理解とそれを人類の存続へ向けた指針とするためには, 現在の海洋にどのような生物が, いつ, どこに, どれだけ生息し, どのような機能を持ち, 環境とどのような相互作用を果たしているかを理解すること, 過去の地球環境を踏まえつつどのように進化し現在の多様性を生み出したか, そして将来の海洋生態系はどのような変動をするのかを見いだす研究が重要である. そのために, 地球生命史や進化メカニズムを踏まえた生物多様性の現状, 生態系がかかわる物質循環, 環境変動に伴う生態系変動予測といった側面から, 生物化学物理学海洋学地学など複数分野の知見を統合し海洋生態系の研究に取り組むことが求められる. 以上の観点から海洋機構の調査船による海洋研究では海洋における生物多様性物質循環環境変動という三大要素に主軸をおいた調査研究を進めるべきであると考えられる加えて海洋生態系ダイナミクス研究には他の分野 ( 物質循環研究大気海洋ダイナミクス研究海洋底ダイナミクス研究 ) の研究と関連する課題が多く分野連携により新たな領域へと研究が進展すると考えられる調査航海においては分野連携による新規課題への取り組み長期展望にもとづく定点観測未踏の海域への探査などさらなる知見を蓄積する努力を持続するべきである 4-2. 生物多様性の研究生物圏において海洋は最大の規模を占めており 40 億年前の生命の誕生から生命をはぐくみ生物多様性を生み出してきた環境である初期地球では熱水噴出孔周辺の化学合成細菌が基礎生産を営みやがて地球環境の変動にともに生み出された多様な環境とそこに適応した生物が群集を形成し現在の複雑な生態系へと変遷してきたとされているこの歴史の中で海洋生物はウイルス, 原核生物から真核多細胞生物という多様性を広げてきたそれらは種の多様性進化系統生活史環境適応への多様な機能などに現れている海洋生物の研究は生物多様性を前提とし研究対象はウイルスから海棲哺乳類まで広範である海洋表層から海底下の地下深部にいたる広域に数多くの生物群集が生息しているその生息分布はミリ単位からキロメートル単位まで生物種により様々であるこうした生物群集の調査研究は目視観測や映像調査種々の方法による試料採取生理反応の測定生体高分子 ( 遺伝子タンパクなど ) の分析さらには生息環境における現場実験など様々な手法により進められている 1) 生命起源と生命史初期地球の熱水噴出孔で誕生した可能性が示唆される生命は絶滅と進化を繰り返し多様化してきたそこで深海熱水噴出域が生命起源であった可能性を見いだすために, 噴出孔においてエネルギー源を意識した地球化学分析や微生物の生理機能を調べる. 過去の地球変動と生命の進化の連関を見いだすために, 地球環境の復元, 化石情報, 遺伝情報を加味し, 地史的なイベントが海洋生態系に与えた影響や進化に果たした役割を考察し. 現在の海洋生態系の成立プロセスを評価する. 2) 系統の多様性海洋に生息する全ての生物を把握できたわけではない例えば, 菌類や原生生物等の肉眼では見えない真核生物は, 環境 DNA 解析によってその大きな多様性が示唆されているにも関わらず, 細胞形態や代謝特性等の実体が明らかにされていないものが多い海洋生物の多様性は, まだ認識されていない高次レベルで新規な生物種が各生物分類群において存在する可能性も極めて高い限られた多様性をもとに推測された生物の進化 ( 特に初期進化 ) は不正確あるいは不明な点が多いしたがって, 新規な生物の探索と発見によって, より正確な生物の多様性や系統進化, そして過去に起こった重要な生物進化イベントを把握することが可能となるそこで, まず海洋生物の種および系統の多様性を把握するために, 系統分類学的研究を行う. 未知種や新たな系統を見いだされる可能性が高い深海域の微小生物の研究にも積極的に取り組む. 22

2 3) 環境適応と機能の多様性海洋生物は生息環境に適応するために様々な機能を有している例えば深海生物は高い水圧や低温暗黒などの環境条件に適応している熱水や湧水域の環境では重金属耐性や高温耐性貧酸素適応, 化学物質の解毒などの機能が必要であるこの環境適応で発揮される生理機構は機能における生物多様性を表現するものであり生理学研究材料として興味がもたれている二酸化炭素の吸収にともなう海洋の酸性化は炭酸カルシウムの溶解を促進することからサンゴ貝類石灰質ナノプランクトン有孔虫など炭酸カルシウムの殻をもつ生物 (calcifier) の生育を阻害するとされているこうした環境変化に生物がどのように適応するのかは今後の研究課題として重視されているそこで, 海洋生物の生態生理機能の多様性や共通を把握するために, 環境適応機能の解析を行う. 特に, 特殊な機能を持つ可能性が高い深海を含む極限環境下の生物や酸性化の影響を受けやすい生物を対象に研究を進める. 生理機能を調べるためには生息現場あるいは飼育培養下において実験する必要がある海洋生物の採集個体の飼育海生動物の細胞培養系の確立海洋微生物の分離培養と保存などは生理機能の解析や生理活性物質の分析に不可欠であり研究に必要な技術の改良と開発が求められる海洋生物と微生物が持つ多様な生理機能は生物資源としての価値が期待されている陸上生物から得られない種々の酵素や生理活性物質およびその生産につながる遺伝子資源などの探索はバイオテクノロジー分野において重要な調査研究である 4) 共生と進化のメカニズム海洋において共生は普遍的に見られる環境適応の現象で多様な共生様式が知られている深海の化学合成生物群集やサンゴ礁などの環境では無脊椎動物が有機栄養を摂取するために微生物と共生する例が数多く報告されている特に細胞内共生については共生微生物をどのようにして識別して細胞内へと取り込み協調した相互作用を営むのかが注目されているこのような共生は. 細胞内小器官の起源, 遺伝子流動, 真核生物の起源といった進化のメカニズムをみいだせる可能性が高い. こうした実験室での詳細な分析結果にもとづいた調査が今後の研究では必要になる生体高分子の分析やゲノム遺伝子の解読から多くの生理機能が解析されてきた例えば真核生物である昆虫やホヤ類などから原核生物である細菌の遺伝子が発見され遺伝子の水平伝播が生物進化に関わる普遍的な現象であることが明らかになり進化の原動力として注目されているそこで異種生物間の共生が, 進化の原動力として機能してきたかを検証するために, 共生の成立メカニズムやプロセスについて研究を行う. 5) 生活史と生物地理現在の生態系の成り立ちを理解するためには, 構成生物の移入や離散を生活史, 物理化学環境, 古環境変遷との関係と種分化や遺伝的多様性に関する情報と併せて生物地理学的に解析することが重要である. そこで, 現在の生物群集がどのように形成維持されているのかを知るために, 構成生物の分散メカニズム, 集団遺伝的解析による群集間の構成生物相同性や分散経路の評価, 群集遷移, 種分化のプロセスについて研究する. 分散と定着については卵からふ化して成体に至る成長過程幼生分散と回遊経路など長期の調査研究を必要とする課題が多いまた生活史の解明だけでなく海流と生物移送の関係さらに定着から進化系統が形成される過程の解析においては海洋学や古海洋学などの分野と連携した研究が必要である 4-3 物質循環と生物作用の研究生物が関わる物質循環は大気との境界である表層での光合成基礎生産から始まり沈降フラックスとして深海へと物質が移送される経路が主流と考えられている一方活動的な海底では熱水や湧水により海底下から物質が移送される経路の規模が明らかにされこれに支えられた化学合成の基礎生産と物質循環の過程へ注目が寄せられているそこで, 海洋生態系の構造と機能を解析し, それらが有機物生産から始まる物質循環の過程で果たす役割を理解するための研究に取り組む. そして, グローバルスケールでの物質循環の理解をすすめるためモデル化に取り組む. 1) 生物生産海洋生態系には光合成と化学合成という生物生産の過程が存在し複合的な経路で生産物が生物群集へと供給されている海洋表層においては光合成による生物生産が卓越し海洋生態系全体に有機物を供給している一方海洋プレートの拡大域や収斂域では熱水循環やメタン湧水により供給される化学物質の酸化還元エネルギーを利用して化学合成微生物が生物生産を担い局地的ではあるが大きな生物量を長期にわたり維持しているまた鯨類の死骸 -23-

3 や大量の沈木や有機物が堆積する海底では短期的ではあるが分解消費と再生産の過程が進行している海洋全体の生産性や生態系の物質循環を理解し変動予測にまでつなげるにはエネルギー供給と生物生産の複合的な構造を視野に入れた解析が必要である 2) 生物ポンプ作用生物ポンプは生物生産から始まり動物プランクトンや微生物が介在する様々な段階での物質移送により物質循環へ影響を及ぼしているこの生物ポンプの作用は溶解ポンプと同様に二酸化炭素の収支など物質循環を定量解析するための重要な要素であるその作用を解析するためには生物ポンプに関わる生物群集の構成と分布群集移動の周期性個々の生物群の捕食圧と食物連鎖の段階を明らかにすることが必要であるまた全球モデルの解析には海域がもつ生物生産の特徴を考量した研究が必要であり様々な海域でのデータ収集が求められる 3) 微生物ループの構造と機能微生物ループを構成するのはウイルス原核生物単細胞の真核生物まで多種多様であるその機能は光合成と化学合成による生物生産有機物の分解と無機化溶存態有機物の利用など多岐におよんでいる特に溶存態有機物を介した炭素循環での微生物ポンプ作用 (microbial carbon pump) が注目されている微生物ループの複雑な構造を解析して物質循環への寄与を明らかにするためには遺伝子検出メタゲノム解析分離培養など複数の方法を馳駆して微生物群集の構成と生物量を解析するとともに現場実験において増殖速度や分解活性を計測することが必要である 4) 堆積物 - 水境界での生物活動深海底には海洋表層で生産された有機物の一部や陸源の鉱物粒子などさまざまな物質が堆積しているが海域によってその組成やフラックスは大きく異なっているまた堆積後の続成作用により堆積物中の有機物組成が変化するとともに間隙水を含めた化学環境が鉛直方向に大きく変化する堆積物表層の有機物分解に大きく貢献しているのは微生物から大型生物までを含めた深海生物でありそれらの生態機能を明らかにすることが海底面での物質循環を解明する上で不可欠であるまた海底面は海水と堆積物間隙水との間に大きな化学環境勾配が生じ多様な微生物がその環境勾配に応じて生息しエネルギーを得ているこれらの環境と生物が相互に密接に作用して生息し物質循環を支配する場を理解するために海底現場での各種化学計測培養実験や実験室内で深海環境を再現した培養実験などの遂行とその手法開発が必要である 5) 活動的海底での生物活動活動的な海底にはメタン湧水や熱水による物質循環の経路が存在しているこの物質循環は海底に生息する生物群集だけでなく海底下の深部にまで生息する微生物群集の生育を支えている IODP( 統合国際深海掘削計画 ) の科学掘削ではこの深部地下の微生物圏を探査すべき目標のひとつに掲げている既に熱水として海底下を循環する水量は陸上の総河川の水量に匹敵すると試算されて熱水循環以外の系を加えると海底下の水循環は無視できないと考えられている活動的な海底下に存在する生態系の構造と機能の研究は特異な微生物群集の調査だけでなく全球での物質循環を検証するためにも不可欠であるそこで活動的な海底にあるメタン湧水や熱水噴出にともなう化学フラックスに対し, 化学合成生態系や海底下の深部にまで生息する微生物生態系がどのような役割を果たしているかを明らかにするために, 物理化学環境を計測し, 生物の分布バイオマス生産量食物連鎖構造を把握する. また, それらと周囲の深海生態系との連関を明らかにする. 4-4 環境変動と生物の研究環境条件の変動に伴う海洋生態系の変容には生物群集構成の変貌生物量の増減物質循環の変化など様々な現象が伴う全球的な環境変動からの視点は重要であるが局所的な生息環境における物理化学条件と生物群集との因果関係を考量しなければ重要な現象を見落とすことになるまた環境変動の周期性を検証するためには現在の観測値に加えてコア試料などから過去の痕跡を探る事も必要である物理化学条件に生じる変動の周期性から海洋生態系の変化を検証するためには複数の視点から解析を加えることが不可欠である地球システムがもたらす環境変動に加えて人間社会の活動がもたらす海洋環境の変動要因が知られている特に人為起源の二酸化炭素の増加は温暖化に加えて海洋の酸性化をもたらし生物の生息分布に大きな影響を及ぼすことが明白にされている加えて水産資源の過剰な利用鉱物やエネルギー資源の採掘廃棄物の埋設二酸化炭素の貯留などにおいて海洋の積極的な利用など多くの問題が顕在化しているこの急激な海水の化学組成の変動や生物群集の構成また個体数の変化などをモニタリングすることは観測研究の課題として重要である海洋 -24-

4 環境の問題に対しては工学的な方法だけでなく生態系本来の回復力 (resilience) を利用した環境管理 (ecosystem based management) が求められている調査観測により収集した膨大なデータをもとに海洋生態系の回復力を理解する研究が必要である 1) 環境と生物群集の周期的な変動生物群集の行動や活性には昼夜や季節など環境条件に拘束される周期性が知られているこのような周期性を調査研究するためには長期観測が必要である長期にわたり様々な連続データを収集できる係留系や海底観測ステーションは調査の観測定点として利用され二酸化炭素の増加による温暖化海水の酸性化深層循環の弱体化変動周期の解析突発現象の検出などの調査研究に有用なデータを提供している例えば海洋機構が相模湾などの海底に設置したケーブルシステム海底観測ステーションや北西太平洋に設置した係留系での定点観測 ( は深海生物や生物ポンプの調査研究において利用されている観測定点にて収集されたデータの解析にもとづいた調査研究定点を利用した新たな観測研究また過去の深海調査において記録された生物多様性のデータを利用した調査研究などは今後の重要な取り組みである ( 2) 生物分布に及ぼす物理化学条件の影響二酸化炭素濃度の上昇にともなう海水の化学組成変化と生物への影響については今後の海洋生態系研究における重要な課題のひとつである海洋環境の物理化学条件は生息分布や行動に大きな影響を与えている例えばプランクトン群集では水塊の物理化学構造が生息分布や生物群の移動を制約しているベントス群集では熱水湧水活動の存在水温底層流底質海底地形などの条件が生息分布や成長さらには卵や幼生の分散と定着などにも影響している堆積物表層や微生物マットなどでは代謝活動により微小環境において物理化学条件が大きく変動することが観察されている生息環境における物理化学条件の調査観測は環境適応や生理機能の研究にも重要なデータを提供する海洋環境下において物理化学条件の微弱な変化の検出またミリ単位での微小環境での測定を可能にするセンサー計測技術どこにでも設置ができる海底観測ステーションなどの開発は調査研究の発展と不可分である大型海洋動物 ( 海獣類鯨類頭足類等 ) や海洋を移動する海鳥などの調査研究では物理化学センサーを生物に装着するバイオロギングの技術による生態調査や行動分析が普及しているまた調査研究を目視観測や映像画像データに依存している動物種も数多くあるこれらの海洋に生息する動物や鳥類の分布や回遊パターンは環境変動により変化するため, 海洋生物の行動についても研究を行う. また, このような技術の深海への展開も試みる. 3) 環境影響評価に関する研究環境影響評価は生態学生物学地球科学物理化学工学が関わる複合科学であるその目標には自然が持つ回復力を知る海の生態系に適した評価基準を確立する環境モニタリングの技術開発影響の緩和策や環境管理の技術開発などがある解決すべき課題は人為的影響から自然災害による破壊まで多岐にわたる例えば東日本大震災の津波が海底に与えた影響評価については今後の大きな課題のひとつであるまた人為起源化合物である有塩素系化合物や内分泌攪乱化学物質などの海洋環境での蓄積は今なお憂慮すべき問題である産業活動に関しては深海底にまで及ぶ底引きトロール漁業による対象生物以外の混獲流出漁具によるゴーストフィッシング資源開発にともなう海底攪乱の生物群集への影響が調べられてきた現在深海底における鉱物資源やエネルギー資源の開発が実現可能な課題として検討され始めている加えて地球温暖化の問題解決のため温室効果ガスである二酸化炭素を深海や海底下に隔離して貯留する方策が現実問題として検討されている海洋生物群集への汚染が危惧される有塩素系化合物や内分泌攪乱化学物質 ( 環境ホルモン ) 等の環境への蓄積は今なお深刻な状況にあるこれら人為起源化合物の深海環境における汚染状況の把握は生物資源の安全性という観点から解決すべき問題のひとつである海底での適切な環境評価の基準また手法やモニタリング技術の研究と開発は将来における海洋資源の適正な利用と管理を進めるために不可欠な課題である 4-5 まとめ海洋生態系ダイナミクスは生物多様性物質循環環境変動を三本柱にして計画指針を取りまとめてある個々の柱に示された調査研究はそれぞれの分野において価値ある成果をもたらすと考えられるさらに多様な視点から実施された海洋調査のデータを系統的に蓄積しデータ共有することで海洋生態系の全体像を理解するという科学目標の達成へとつなげることができるすなわち調査航海 -25-

5 で収集されたデータは計画に関与した研究者だけで完結するのではなくデータベースを利用した共有化により海洋生物の進化系統の解析やシミュレーションモデルによる生態系変動の解析へと利用される道筋がある他方, 未探査域における生態系調査は, 新たな種や機能, 新たな概念を持つ生態系, 生命の限界の更新といった生命科学テーマを生みだし科学を発展させることから, 未探査域における生態系の探査も推進する. 公募航海の申請においては研究者や研究グループが提案した研究の独自性や独創性が評価要素のひとつであるが加えて指針で説明している調査や観測における全球レベルでの科学目標や展望を正しく認識した計画の立案にも留意すべきである -26-

アマミノクロウサギ保護増殖事業計画平成 27 年 4 月 21 日文部科学省農林水産省環境省

アマミノクロウサギ保護増殖事業計画平成 27 年 4 月 21 日文部科学省農林水産省環境省アマミノクロウサギ保護増殖事業計画平成 27 年 4 月 21 日文部科学省農林水産省環境省アマミノクロウサギ保護増殖事業計画文部科学省農林水産省環境省第 1 事業の目標アマミノクロウサギは奄美大島及び徳之島にのみ生息する 1 属 1 種の我が国固有の種である本種は主に原生的な森林内の斜面に巣穴を作りこれに隣接した草本類等の餌が多い沢や二次林等を採食場所として利用している

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