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写真 宮島利宏
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 水圏・大気・地圏の境界領域としての海洋生態系の機能と構造を研究しています。
 現在は主にサンゴ礁・海草藻場・マングローブ等の浅海域生態系を対象として、外洋域や陸域、大気圏との相互作用と地球環境変動影響の研究、堆積物における炭素隔離機能の解明、安定同位体技術による物質循環研究手法の開発を行っています。瀬戸内海〜南西諸島〜東南アジア沿岸部を主なフィールドとして、国内外の大学、国立研究開発法人、行政機関、民間企業等の研究者と協力して研究活動を進めています。
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ラボワーク
▶ 安定同位体比とその応用
 元素分析計と接続された同位体比質量分析計(EA/IRMS)を用いて、生物試料、堆積物、沈降粒子、懸濁物等の炭素・窒素自然安定同位体比の測定を日常業務として行っています。ThermoFisher社(旧Finnigan Mat社)のDELTA V Advantageという機種を使用しています。同位体比質量分析計は共同利用研究施設に指定されており、所内のユーザーや外来研究員による共同利用の技術支援も行います。
 特殊な応用例としては、分取液体クロマトグラフを前処理に使用した化合物別安定同位体比分析(クロロフィルなど)や、拡散濃縮法を使った前処理によるアンモニア・硝酸の窒素同位体比分析、共沈法で精製したセルロースの炭素同位体比分析も行われます。
 別の同位体比質量分析計(写真上)を利用して、ガスクロマトグラフを用いた化合物別同位体比分析(アミノ酸、脂肪酸、無機ガス等)、硫黄安定同位体比の分析、熱分解型元素分析計を利用した酸素の自然安定同位体比の測定(溶存リン酸など)を行っています。また CRDS 法による水の酸素・水素自然安定同位体比分析(写真下)もルーチン的に進めています。
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▶ 海洋堆積物の研究
 堆積物の有機地球化学・微生物生態学的研究は個人的に長年継続しているコアな研究分野です。深海堆積物から湿地帯の湛水土壌まで、また物性分析・元素分析・有機化合物分析・各種同位体比分析、間隙水の抽出と分析、微生物学的代謝計測、培養実験まで、多様な研究のニーズに対応可能です。
 現在の研究室では、堆積物試料の処理設備として真空凍結乾燥器、自動乳鉢、自動篩い分け器、電気炉、各種遠心機等が使用されます。ポリタングステン酸重液等を利用した密度分画、各種溶媒による分別抽出などの技法も用います。
 分析手法としては、前述の安定同位体比質量分析計による炭素・窒素・硫黄含量・安定同位体比分析、GC/MS による有機地球化学分析(アミノ酸・糖・脂肪酸など)、ガス吸着法による比表面積・細孔分布解析(写真上)、間隙水の栄養塩分析、炭酸塩分析などが実施できます。
 表層堆積物・上層水間の溶質フラックスの測定(写真下)、アイソトープ・ペアリング法等の代謝計測、代替基質による酵素活性試験なども行っています。こうした実験は通常、サンプリングを行った現場近くの実験施設で採集後すぐに行います。
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▶ 各種水質分析
 一般的な海水の水質分析としては、オートアナライザー(写真上)による栄養塩分析(硝酸、亜硝酸、アンモニア、リン酸、ケイ酸)、オフライン酸化処理による溶存有機窒素・リンの分析、蛍光法によるクロロフィル分析等を研究室としてルーチン的に行っています。手作業による栄養塩分析の技術も有します。
 また個人的な研究として淡水試料(降水、地下水、河川水)の分析も行っており、そのための分析装置として主要アニオン・カチオン測定用のイオンクロマトグラフ(写真下)、アルカリ度定量用滴定装置、pHメーター、前項でも述べた水同位体比アナライザーなどが稼働しています。イオンクロマトグラフは堆積物中の炭酸塩濃度の定量にも使用することがあります。(水同位体比アナライザーは海洋の水塊構造解析に使われることもあります。)
 一般的な分光光度計、蛍光分光光度計、CHN コーダーなどは共同利用機器として整備されています。オートアナライザーも共同利用が可能です。
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▶ 同位体標識実験
 私共が行っている同位体標識実験は、重炭素・重窒素・重水素などで一次生産者を短時間標識して、その後の生産物の行方を追跡するパルス・チェイス法が中心です。海草などの植物体内での一次生産物の転流、サンゴと共生藻との間の物質交換、一次生産者から動物への食物連鎖、一次生産物からのデトリタスの生成と堆積物への移行などがこの方法を用いる研究テーマになります。このほか、N-15を用いて窒素固定・脱窒などの窒素循環プロセスの研究を行うこともあります(写真上:シアノバクテリアによる窒素固定量の測定例)。
 実験そのものは、生物を採集した現場またはその近くの実験施設で行うのがふつうですが、研究所の飼育・培養施設を利用して行うこともあります。自然安定同位体比分析のための試料処理とは厳密に分離して行う必要があります。
 標識されたサンプルの測定には、上述の安定同位体比質量分析計(炭素・窒素同位体用、ただし標識実験専用の元素分析計を接続)や熱分解型元素分析-質量分析計(水素同位体用:写真下)が用いられます。有機分子のマス・アイソトポマー分析やガス成分の分析には GC/MS(化学イオン化装置付き)が使用されます。
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▶ 環境操作実験
 気候変動問題への関心の高まりに対応する形で、海洋酸性化・地球温暖化に対する生態系の応答・復元力・緩和機能を調べるための環境操作実験を共同研究として推進しています。環境制御実験系の方は、その道のプロである共同研究者の方々に設計・指導していただき、私共は主として生物群集の応答を解析する技術の開発や、自然生態系でのモニタリングと実証研究に力を注いでいます。
 実験そのものは、実験で扱う生物を採集する場所に近い研究施設をお借りして行います(写真上は瀬戸内海区水産研究所、写真下はフィリピン大学ボリナオ臨海実験所の屋外水槽をお借りした実験の一例)。水槽環境(酸性度)の制御には、あらかじめ空気に一定比率の二酸化炭素を混合したガスを海水に吹き込んで狙い通りの酸性海水を作る場合(写真下)と、高濃度に二酸化炭素を吹き込んだ海水と自然の海水とを一定比率で混合して制御する場合(写真上)とがあります。
 これまでに、サンゴの酸性化応答の種や季節による違い、海草による酸性化緩和効果、食物連鎖に対する酸性化影響などを調べるために、それぞれの目的に適合した実験系の構築に取り組んでいます。
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Experiment at BML
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☆ 大気海洋研究所内での協力スタッフ(2015年度)
  • 特任研究員 森本 直子
  • 特任研究員 Alexander S. J. Wyatt
  • 技術補佐員 関根 典子(主務は東北マリンサイエンス拠点形成事業)
  • 技術補佐員 出本 紀子(国際沿岸海洋研究センター・白井研究室と兼務)

フィールドワーク
▶ 八重山諸島 (サンゴ礁・海草藻場・マングローブ・礁斜面生態系)
 サンゴ礁複合生態系の栄養塩・有機物動態、代謝計測、大気降下物の影響、共生のメカニズム、食物網構造などをテーマとして、物質循環論・システム生態学的研究を行っています。東大・茅根研究室、東工大・灘岡研究室、港空技研、西海区水研等との共同研究のほか、単独の個人研究も続けています。秋の恒例の柏キャンパス一般公開では、石垣島で採集した大型底生有孔虫の生態展示を毎年行っています。
 (写真:白保礁池サンゴ礁の名物アオサンゴ)
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▶ フィリピン・インドネシア (海草藻場・沿岸域一般)
 内湾域の富栄養化問題、気候変動応答・緩和策、陸起源物質負荷、海底地下水湧出、ブルーカーボンなどをテーマとした国際共同研究(JST-JICA 国際科学技術協力事業)を推進しています。これまでフィリピン大学海洋科学研究所、バンドン工科大学、東工大・灘岡研、北大・仲岡研、高知大・中村研、海洋研究開発機構などとの共同研究を行ってきました。
 (写真:ボリナオ臨海実験所の屋根の上から見た風景)
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▶ その他のアジア・オセアニア (サンゴ礁・海草藻場・マングローブ)
 JSPS 海外学術調査や JST 受託研究費による沿岸域の生態学的調査をタイ・マレーシア・オーストラリア・パラオなどで断続的に続けてきました。タイは北大(以前は千葉大)の仲岡研究室等、マレーシアとオーストラリアは大海研内、パラオは琉球大・栗原研等との共同研究で、主なカウンターパートはカセサート大学、プトラマレーシア大学、パラオ国際サンゴ礁センターなどです。
 (写真:タイのアンダマン海沿岸で凧を使って空撮を試みているところ)
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▶ 瀬戸内海 (アマモ場・干潟・底質)
 水産庁の事業でアマモ場の生態系機能に関する共同研究を瀬戸内海区水産研究所の藻場干潟研究グループなどとともに実施しました。現在は科研費による補助事業としてアマモ場食物網の酸性化応答の研究を続けています。
 (写真:中津沖での堆積物コア試料採集風景)
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▶ 大槌湾・東京湾 (内湾域・アマモ場)
 大槌湾では堆積物とアマモ場の研究を、東京湾では河口域の研究を行いました。現在は特定の研究プロジェクトはありませんが、新しく開発した調査機材や実験方法を本来の目的地で使う前に試験的に使ってみるような場合に、東京湾や大槌湾のサイトを時々利用します。
 (写真:大槌湾での採泥器を使用した堆積物・底生動物採集風景)
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Toshihiro Miyajima, Atmosphere and Ocean Research Institute, The University of Tokyo
Last modified: 1 June 2016