| Project/Area Number |
23K25041
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| Project/Area Number (Other) |
22H03787 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 64040:Social-ecological systems-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
根岸 淳二郎 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (90423029)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三浦 彩 北海道大学, 地球環境科学研究院, 特別研究員(RPD) (20930118)
早川 裕弌 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (70549443)
渡辺 幸三 愛媛大学, 沿岸環境科学研究センター, 教授 (80634435)
三宅 洋 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (90345801)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
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| Keywords | 河床間隙域 / 生態系管理 / 河川生態系 / 河床間隙水域 / DNA / 河川管理 / 環境DNA / 食物網解析 / 洪水かく乱 / 生物多様性保全 / 間隙動物群集 |
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| Outline of Research at the Start |
防災と両立する河川・水辺生態系保全事業の効果の最大化に向けて，河床間隙水域をDNA技術の応用により可視化する．多点観測ネットワークを用い，環境水から生物種の在不在と生息数までを間接・非破壊的に推定する種特異的環境DNA手法の校正と精度検証を行う．また，DNAメタバーコーディング分析や有機物分解実験から生態系機能を定量化する．これら機能を代替する指標種を決定し，水試料の指標種DNA断片情報を基に可視領域の空間範囲と解像度を飛躍的に高める手法を確立する．可視化技術を適用して，高水温や頻発する洪水への生態系動態を評価し，河床間隙水域機能を最大限保全・活用した河川・水辺の管理に資する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、北海道東部札内川にて集中調査地を設け、以下の4つの項目を明らかにした．
第一に、環境DNAを用いた間隙水域の生態系情報収集において、種から群集の把握へと技術の汎用性を高めた．間隙域のスペシャリストである種を4種特定し、トビケラ目の一種については、ミトコンドリアＤＮＡのＣＯ１領域のＤＮＡ配列に基づく種特異的プライマーを開発した．
第２に、間隙性の水生昆虫２種（カワゲラ目２種）に対してその食性を判別し、間隙域の食物網の影響構造を可視化するために体組織の炭素・窒素安定同位体比解析を行った．過去の計測から得られている２種の潜在的な餌資源（付着藻類、落葉リター、その他無脊椎動物種）の安定同位体比分析の値を考慮した混合モデルの結果からは２種の餌資源の差異は検出できなかった．
第３に、ダム下流河川環境復元のために実施されたフラッシュ放流の前後を含む複数の季節（夏季、秋季、春季）において採取した間隙動物相の群集解析および一部において同時採水した環境DNAのメタバーコーディング解析を引き続き実施した．浅い間隙域に生息する種が侵食・運搬される土砂と共に流下し再度定着する詳細な動態と過程を解明した．また、河川の大型水生無脊椎動物相の約20％程度が砂礫堆下間隙域の動物相により説明された．さらに、環境DNAのメタバーコーディング解析におけるプライマーの改良と最適条件設定を行い、無脊椎動物群集の全体像がより詳細に把握できるようになった．
第４に、歴史的な猛暑となった環境下で熱赤外センサーなどを搭載したUAVによる地形・水温測定を現場でのロガーによる直接水温計測と同時に行った．水温の微小変化と間隙域および河川地形の関係が、小スケール高時間解像度の連続データと広域スケール高空間解像度のスナップショットデータの両視点から得られた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
申請時の計画に従って、各種測定が実施できている．一点、安定同位体比分析の値を考慮した混合モデルを用いた手法で間隙に生息する２種の餌資源の差異は検出できなかったことは予想外であった．本２種に対しては、前年度に胃内容物に対して真核生物全体に対応したプライマーを用いてメタバーコーディング解析を行っており、２種が動物性餌資源への依存度の点で異なることが示されている．したがって、両手法を同時に相補的に用いることで食物網を解明できる可能性が示された．間隙域群集に対しての環境DNAメタバーコーディングのプライマーの有効性が強く示されたことは極めて重要である．その中で、これまで幼虫の生息地が特定できていない（おそらく物理的な直接採取できる1メートル程度の垂直深度よりも深い場所に生息している）種のDNAを検出することができた．このことは本手法でこれまで得られなかった生物多様性を把握できる可能性を示している．洪水への間隙域の群集応答解明などを通して群集間隙域の無脊椎動物の空間分布情報が定性的に理解できたので、間隙域生態系の構造や評価手法に関わる概念的な整理を行うことが容易になった．今後の研究展開に大きく寄与する成果である．論文発表による成果報告が遅れているので、次年度にこの点は注意して進める必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
各サブテーマの研究活動を以下のように進める、また、最終年度であるので成果の総括を行い学会発表・論文発表に努める。
第一に、間隙動物群集の体組織の直接的なメタバーコーディングを実施しており、環境DNA手法の技術確立に加えて、群集カクテル方式（直接的な群集採捕とその組織メタバーコーディング解析）による間隙生態系把握手法の有効性を検証する．また、環境DNAメタバーコーディング解析を秋季環境下でも実施し、季節による群集把握能力への影響を把握する．秋季には多くの種が水生幼虫ステージで河川内に生息するため、群集特性把握能力は夏季より高いと予想する．
第二に、間隙域スペシャリスト胃内容物のメタバーコーディングに関しては、測定数を3種に増やし、個体数を各10－20個体と増やす．また、無脊椎動物多様性把握に適したプライマーを用い、動物食と判別された内容物の種レベルでの把握を行い、食物網構造解明を試みる．
第三に、UAV取得データおよび現地水温観測から地下水の河川水への流出および河川水の間隙域への流入が特定された部位で、環境ＤＮＡ定量PCR分析による間隙域スペシャリストの個体数推定を行う．これを通して、生活史ステージ移行（羽化による陸域への離脱や産卵による河川回帰および成長）の評価における環境DNA手法の有効性を試みる．
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