高塩化に対する海洋一次生産者の応答－最先端有機分析で読み解く地中海塩分危機－

• Project/Area Number: 16J07844
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Geochemistry/Cosmochemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 伊左治 雄太 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 高塩環境 / 炭素・窒素循環 / 色素化合物 / 炭素・窒素同位体比 / 地中海塩分危機 / 生物地球化学循環 / 化合物レベル安定同位体比

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、現代の塩田の窒素循環を明らかにし、それを踏まえた上でおよそ600万年前に起こった地中海塩分危機時の窒素循環を明らかにすべく研究を行った。シチリア島トラパニの塩田で採取した表層高塩水・間隙水の硝酸およびアンモニア態窒素の濃度と窒素同位体比を測定するとともに、バイオマット試料中のクロロフィルaやバクテリオクロロフィルaを高速液体クロマトグラフィーで単離・精製し、化合物レベルの窒素同位体比を測定した。これらのデータから、塩田では低い窒素同位体比を持つ溶存アンモニアが蒸発したことで窒素同位体比が高くなったアンモニア態窒素が蓄積しており、光合成生物の主要な窒素源となっていることが明らかになった。このように特徴的な窒素同位体比は、過去の高塩環境の窒素循環を明らかにする上で有用な指標となることが期待される。実際に、およそ550万年前の地中海塩分危機最盛期に堆積したシチリア島レアルモンテ岩塩鉱山の堆積物について、クロロフィルの分解生成物であるポルフィリンの単離・精製・窒素同位体比測定を行ったところ、極めて高い窒素同位体比を持つことが今回明らかになった。これは、地中海塩分危機最盛期に塩田と類似した極限高塩環境の窒素循環が形成されていたことを示唆する。一方で、イタリア北部アペニン山脈で採取された地中海塩分危機ステージ１の黒色頁岩層からは、当時の堆積環境においてシアノバクテリアなどの窒素固定細菌が窒素を供給していたことが示唆され、地中海塩分危機時の窒素循環がダイナミックに変動していたことが明らかになった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Modena e Reggio Emilia/Universitario della Provincia di Trapani/University of Parma(イタリア)
• [Int'l Joint Research] Universita di Modena e Reggio Emilia/Universitario della Provincia di Trapani/University of Parma(イタリア)
• [Journal Article] Biological and physical modification of carbonate system parameters along the salinity gradient in shallow hypersaline solar salterns in Trapani, Italy (2017)
  • Author(s): Isaji Y., H. Kawahata, J. Kuroda, T. Yoshimura, N. O. Ogawa, A. Suzuki, T. Shibuya, F. J. Jimenez-Espejo, S. Lugli, A. Santulli, V. Manzi, M. Roveri, and N. Ohkouchi
  • Journal Title: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume: 印刷中 Pages: 354-367
  • DOI: 10.1016/j.gca.2017.04.013
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] δ26Mg of the chloropigments from oxygenic and anoxygenic phototrophic bacteria inside the benthic microbial mat of the Trapani solar salterns (Italy) (2017)
  • Author(s): Isaji, Y., T. Yoshimura, D. Araoka, J. Kuroda, N. O. Ogawa, Y. Takano, F. J. Jimenez-Espejo, A. Makabe, A. Suzuki, T. Shibuya, S. Lugli, A. Santulli, V. Manzi, M. Roveri, H. Kawahata, and N. Ohkouchi
  • Organizer: ASLO 2017 Aquatic Sciences Meeting
  • Place of Presentation: Honolulu (Hawaii)
  • Year and Date: 2017-02-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-element, compound-specific isotope analysis of chloropigments: Insights into the biogeochemical cycle of the microbial mat in the shallow hypersaline environment (2017)
  • Author(s): Isaji, Y., H. Kawahata, J. Kuroda, T. Yoshimura, N. O. Ogawa, D. Araoka, A. Makabe, A. Suzuki, T. Shibuya, F. J. Jimenez-Espejo, Y. Takano, S. Lugli, A. Santulli, V. Manzi, M. Roveri, and N. Ohkouchi
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nitrogen isotopic composition of porphyrins indicate importance of N2-fixation during the deposition of organic-rich sediments (2017)
  • Author(s): Isaji, Y., H. Kawahata, Y. Takano, N. O. Ogawa, J. Kuroda, T. Yoshimura, F. J. Jimenez-Espejo, S. Lugli, V. Manzi, M. Roveri, N. Ohkouchi
  • Organizer: 28th International Meeting on Organic Geochemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ポルフィリン窒素同位体比から明らかにする地中海塩分危機時の窒素循環 (2017)
  • Author(s): 伊左治雄太，川幡穂高，高野淑識，小川奈々子，黒田潤一郎，吉村寿紘， F. J. Jimenez-Espejo，S. Lugli，V. Manzi，M. Roveri，大河内直彦
  • Organizer: 第35回有機地球化学シンポジウム
• [Presentation] MALDI-TOF/MSイメージング法による生物源有機分子マッピング: メッシニアン蒸発岩中の化石微生物の解明 (2017)
  • Author(s): 伊左治雄太，高野淑識，井尻暁，黒田潤一郎，吉村寿紘， F. J. Jimenez-Espejo，S. Lugli，稲垣史生，V. Manzi，M. Roveri，川幡穂高，大河内直彦
  • Organizer: 2017年度日本地球化学会年会
• [Presentation] 地球化学試料に含まれる炭質物の非破壊・半破壊・破壊分析によるシームレスイメージング解析 (2017)
  • Author(s): 高野淑識，伊左治雄太，山田桂太，橘省吾，井尻暁，大河内直彦
  • Organizer: 2017年度日本地球化学会年会
• [Presentation] Carbon and nitrogen isotopic compositions of chloropigments and porphyrins as a tool for elucidating the biogeochemical cycle of the aquatic system (2016)
  • Author(s): Isaji, Y., H. Kawahata, J. Kuroda, T. Yoshimura, N. O. Ogawa, H. Suga, A. Makabe, A. Suzuki, T. Shibuya, F. J. Jimenez-Espejo, S. Lugli, A. Santulli, V. Manzi, M. Roveri, and N. Ohkouchi
  • Organizer: 12th International Conference on Paleoceanography 2016
  • Place of Presentation: Utrecht (Netherlands)
  • Year and Date: 2016-08-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of increasing salinity on the biogeochemical cycle of the hypersaline biomat: Insights from the isotopic composition of pigments (2016)
  • Author(s): Isaji, Y., H. Kawahata, T. Yoshimura, J. Kuroda, N. O. Ogawa, A. Suzuki, T. Shibuya, F. J. Jimenez-Espejo, S. Lugli, V. Manzi, M. Roveri, and N. Ohkouchi
  • Organizer: 26th Goldschmidt Conference
  • Place of Presentation: Yokohama (Japan)
  • Year and Date: 2016-06-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 塩田バイオマット内の炭素・硫黄循環が高塩海水の化学組成に与える影響 (2016)
  • Author(s): 伊左治雄太，川幡穂高，黒田潤一郎，吉村寿紘，小川奈々子，鈴木淳，渋谷岳造，F. J. Jimenez-Espejo，S. Lugli，V. Manzi，M. Roveri，大河内直彦
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-22