| Project/Area Number |
22KF0426
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| Project/Area Number (Other) |
22F22777 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 外国 |
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| Review Section |
Basic Section 17050:Biogeosciences-related
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
小川 奈々子 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(生物地球化学センター), グループリーダー (80359174)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
FOX CALUM 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(生物地球化学センター), 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2024: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
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| Keywords | ポルフィリン / 三畳紀末期 / 化合物レベル同位体 / 窒素同位体 / 大量絶滅 / 三畳紀 / 大量絶滅イベント / 海洋窒素循環 / 古環境復元 / 窒素同位体比 / 炭素同位体比 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、堆積岩中に極微量に含まれるクロロフィルの分子化石（ポルフィリン）の窒素安定同位体比を測定し、大量絶滅イベントとして知られる2億100万年前の三畳紀末の環境変動、特に海洋表層における窒素循環変化を明らかにする。表層海水における窒素を中心とした栄養塩動態の復元は、海洋における大量絶滅イベントの詳細を理解の鍵となることは長らく理解されていたものの、多様なポルフィリンの単離精製やその正確な位体比測定の難しさから、これまで達成されてこなかった。本研究からは急激な二酸化炭素濃度増加に生態系や環境がどう対応し回復したかについての多くの新しい情報が得られる。こうした情報は学際的にも重要性が高い。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では極微量ポルフィリン分子化石の窒素安定同位体比を用いて、三畳紀末の大量絶滅イベントに関連する環境変動、特に海洋表層での窒素循環を解明する。
初年度には研究期間開始前に英国サウザンプトン大学のJessica Whiteside教授と共同で採取済みの、英国南西部Bristol Channel Basinの露頭堆積岩（St. Audrie’s Bay site）と陸上掘削試料（Lilstock site）計80kgの粉砕・抽出作業を行う傍ら、FC-HPLCを用いた高度な試料精製技術の習得を行った。
二年度めとなる本年度は、特徴的な相順の試料を用いて含有されるポルフィリンの種類や量に対するスクリーニング分析を行い、含まれるポルフィリン化合物の種類や特性を確認し、C32-DPEPというポルフィリンに対象を絞って分析をすすめることを決定した。さらに窒素同位体比の分析に必要な化合物量（ポルフィリン分子1.5ナノモル）をもつ９試料について、C32-DPEPの抽出と単離をすすめ、窒素同位体比分析を完了した。これらは大量絶滅イベントとして知られる2億100万年前の三畳紀末の大量絶滅に関する、世界で初めてのポルフィリンバイオマーカーの窒素同位体比変動記録となる。
得られた結果から、ポルフィリンC32-DPEPの窒素同位体比は、三畳紀末期の絶滅イベントに関連する、微生物マット群集の出現およびシアノバクテリアの活動増加という事象に関連して変動した。これはポルフィリンの化合物レベル窒素同位体比記録が、三畳紀末期の世界的および地域的な環境変動をを復元解析するためのプロキシーとして有効であることを示唆する。
ここまでに得られた結果は、2024年5月の日本地球惑星科学連合2024年大会の国際セッションにて口頭発表として報告する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、堆積岩中の極微量ポルフィリン分子化石の窒素安定同位体比を海洋研究開発機構で開発された単離・精製法と、微量分析用に改良された元素分析計/安定同位体質量分析計システムを用いて測定した。
海洋における大量絶滅イベントの理解には、表層海水の窒素を中心とした栄養塩の動態の解析が重要な意味を持ち、光合成クロロフィルの続成化合物であるポルフィリンの同位体比情報は、その復元ツールとして着目されてきた。しかし微量のポルフィリンの単離・精製の困難さと微量窒素の正確な同位体比測定の難しさにより、これまでは十分な研究成果は報告されていない。
本年度は二年度目であり、初年度に準備した試料のポルフィリン単離・精製とその同位体分析を進めた。9層順の代表的な試料のポルフィリン分子レベル窒素炭素同位体比の測定を完了し、対応する全29試料の全有機炭素窒素同位体比の測定も実施した。その結果、三畳紀後期（約2億2000万年前）の大量絶滅イベントを含む岩石記録全体におけるポルフィリン窒素同位体比変化が復元され、これらが微生物マット群集の出現およびシアノバクテリアの活動増加という異なる事象を反映して変動していることが明らかとなった。得られた一次生産者生物とそれに関連する窒素生物地球化学循環の変化の記録は、絶滅イベントを引き起こした二酸化炭素の急激な増加に対する生態系や生態群集の変化についての重要な示唆を与える結果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに、当初目標とした対象期間全体での試料分析の重要部分を完了した。この結果三畳紀後期（約2億2000万年前）の大量絶滅イベントを含む岩石記録全体におけるポルフィリン窒素同位体比変化が復元され、これらが微生物マット群集の出現およびシアノバクテリアの活動増加という異なる事象を反映して変動していること、窒素生物地球化学循環の変化の記録が、絶滅イベントを引き起こした二酸化炭素の急激な増加に対する生態系や生態群集の変化の復元解析における重要な示唆を与える結果であることを明らかにした。2024年度は引き続き試料分析を行いつつ、既に得られた結果の解析および論文執筆により注力する。
2024年度の分析では、一部の極低濃度の有機物含有量を示しポルフィリン化合物がより複雑な混合物を形成しC32-DPEPの単離が非常に困難であることが判明した試料が対象となる。本年度に開発した追加の分離操作を加えた改良型単離手法を適用し、複数種ポルフィリン窒素同位体比による記録復元を試みる。
現段階重要なデータの取得は既に最終段階にあるため、追加データの有無にかかわらず解析および国際誌への投稿準備をすすめ、2024年夏頃までには投稿する予定である。
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