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Molecular fossil imaging and chemical analysis: reconstructing palaeoecological, palaeoenvironmental and phylogenetic relationships with molluscs

Research Project

Project/Area Number 23KJ0818
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund
Section国内
Review Section Basic Section 17050:Biogeosciences-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

吉村 太郎  東京大学, 総合研究博物館, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-04-25 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2025: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords進化 / バイオミネラリゼーション / 古生物 / 環境復元
Outline of Research at the Start

化石は単なる石ではない―太古の生物が生産した有機物を多種多様な無機質結晶に取り込み今に残す、地球生命史を解くためのタイムカプセルである。従来、古生物の進化や系統分類は形態の情報のみを拠り所としてきたが、ここでは、新たに分子化石の組成と微細構造に焦点を当てる新たな古生物学的研究アプローチの開発を試みる。多糖類を中心とした有機質化石の解析やナノスケールの新規分類形質の探索は、祖先種の系統関係を明らかにするのみならず、かつての生態系やそれを支配していた気候や食物網、さらに地球規模の物質循環の復元に寄与するものである。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、化石に含まれる生体高分子から古環境・古生態・系統関係を復元することを目的としている。研究開始以来、予定通り順調に進捗しており、以下に具体的な進展状況を報告する。
まず、フィールドワークにおいて、予定通り化石サンプルと現生個体の採取を実施しました。福井県恐竜化石発掘調査に参加し、化石サンプルを数多く採取した。これらのサンプルについて、電動ルーターとサンドブラスターを用いて母岩を除去し、EDTAやフッ酸水溶液を用いた脱灰処理を行い、有機質化石を抽出することに成功した。これにより、サンプルの初期処理段階を順調にクリアし、次の分析ステップに移行している。
次に、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、化石サンプルおよび現生個体の微細構造の観察を行いました。その結果、複数の化石サンプルにおいて、現生個体にも見られる微視的分類形質が確認された。特に、貝殻表面の微細構造において、系統的特徴を持つ形質が明確に観察された。これにより、ナノスケールの新規系統学的形質の探索において、確かな成果を得ることができた。
さらに、化石サンプルから抽出した生体高分子の同定・分析も進展している。FT-IRおよび蛍光顕微鏡を用いて、キチン分子の同定を行い、保存状態や分布について詳細なデータを収集した。特に、化石サンプル中のキチン質が良好に保存されていることが確認され、バイオミネラリゼーションの進化を探る上で貴重な知見を得ることができた。また、透過型電子顕微鏡を用いて、結晶内部や表面における生体分子の取り込み状況を解析することにより、結晶学的作用の詳細な理解を進めている。
以上のように、本研究は計画通り順調に進捗しており、当初の目的である古環境・古生態・系統関係の復元に向けた重要な成果を得つつある。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究は、研究開始以来、予定以上に順調に進捗している。その理由として、第一に、フィールドワークの成功が挙げられる。福井県恐竜化石発掘調査に参加し、計画通りに多くの化石サンプルを採取しました。現生個体の採取も順調に進み、特に化石サンプルの質と量が予想以上に良好であったことが大きな要因である。このように質の高いサンプルが豊富に得られたことで、初期処理段階の効率が向上し、EDTAやフッ酸水溶液を用いた脱灰処理をスムーズに進めることができた。
次に、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた微細構造の観察が非常に効果的であったことも挙げられる。化石サンプルおよび現生個体の微細構造の観察により、複数の化石サンプルで現生個体にも見られる微視的分類形質が確認された。特に、貝殻表面の微細構造において、系統的特徴を持つ形質が明確に観察されたことは、大きな成果といえる。この結果により、ナノスケールの新規系統学的形質の探索が計画以上に進展し、確かな成果を得ることができた。
さらに、生体高分子の同定・分析が計画以上に進展したことも理由の一つである。FT-IRおよび蛍光顕微鏡を用いたキチン分子の同定が成功し、保存状態や分布について詳細なデータを収集した。特に、化石サンプル中のキチン質が良好に保存されていることが確認され、バイオミネラリゼーションの進化を探る上で貴重な知見が得られた。また、透過型電子顕微鏡を用いて、結晶内部や表面における生体分子の取り込み状況を詳細に解析することで、結晶学的作用の理解が大きく進展した。
これらの要因により、本研究は当初の計画以上に順調に進捗しており、古環境・古生態・系統関係の復元に向けた重要な成果を得つつある。質の高いサンプルの確保と効果的な分析手法の適用により、計画以上の進展が可能となり、今後もさらに意義深い成果が期待される。

Strategy for Future Research Activity

今後の推進方策として、以下の点に重点を置く。
まず、フィールドワークを継続し、異なる地質時代や地域からの化石サンプルを収集することで、データの多様性を確保する。サンプルの初期処理に関しては、既存の手法を継続しながら、新たな技術や方法の導入も検討する。次に、分析技術の高度化を図る。現在使用しているSEMやFT-IR、透過型電子顕微鏡に加え、さらに高度な分析機器の導入を検討し、生体高分子の詳細な構造や保存状態をより正確に把握する。
また、収集したデータを基に古環境・古生態の復元モデルを構築し、総合的なデータ解析を進める。進化系統の解析についても、得られたデータを基にした系統樹の作成を進める。さらに、他の研究機関や専門家との共同研究を推進し、知見や技術の共有を図る。異分野とのコラボレーションを通じて、新たな視点や方法を取り入れることを目指す。
研究計画の変更や課題に対する対応策として、サンプルの多様化を図るために異なる地域からのサンプル収集を強化し、データの一般性と信頼性を高める。分析機器の限界に対しては、メンテナンスや新しい機器の導入を検討し、他研究機関の施設を利用するなどの手段を取る。データ解析の複雑化には、データサイエンティストとの協力や新たな解析ソフトウェアの導入を進める。最後に、研究資金の確保のために追加の助成金申請や民間企業との共同研究を通じて資金調達を図る。
これらの方策と対応策を実施することで、研究の進捗を加速させ、当初の目的達成に向けて着実に進めていく。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Departmental characterization of structural and mechanical properties of crossed lamellae of a gastropod <i>Murex pecten</i>2023

    • Author(s)
      Nishio Naotake、Sugiyama So、Yoshimura Taro、Terasaki Ryunosuke、Takasaki Mihiro、Oaki Yuya、Sasaki Takenori、Imai Hiroaki
    • Journal Title

      CrystEngComm

      Volume: 25 Issue: 29 Pages: 4213-4218

    • DOI

      10.1039/d3ce00177f

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 貝殻結晶の進化パターンと多様性: 二枚貝・腹足類・腕足動物を用いた系統網羅的解析2023

    • Author(s)
      吉村太郎, 佐藤英明, 石崎美乃, 遠藤一佳, 佐々木猛智
    • Organizer
      日本動物学会関東支部第76回大会
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  • [Presentation] なぜ巻貝の結晶は交差板構造なのか?: 貝殻の曲率に応じた格子歪みの可塑性2023

    • Author(s)
      吉村太郎, 太田成昭, 佐藤英明, 齊藤匠, Jonathan Able, Bert Van Bocxlaer, 今井宏明, 遠藤一佳, 佐々木猛智
    • Organizer
      日本古生物学会第173回例会
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  • [Presentation] 貝殻と外套膜のあいだの空間が生み出す貝殻微細構造の多様性: 二枚貝と腕足動物の系統網羅的比較2023

    • Author(s)
      吉村太郎, 石崎美乃, 遠藤一佳, 佐々木猛智
    • Organizer
      日本古生物学会第173回例会
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  • [Presentation] 貝殻のかたちは結晶とどう関わるのか?: 理論形態モデルを用いた曲率と結晶度・格子歪みの関係性2023

    • Author(s)
      吉村太郎, 太田成昭, 佐藤英明, 齊藤匠, 浅見崇比呂, 遠藤一佳, 佐々木猛智
    • Organizer
      第18回バイオミネラリゼーションワークショップ
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    • Author(s)
      Taro Yoshimura, Kentaro Nakayama, Kaito Asato, Yoshikazu Noda, Takenori Sasaki
    • Organizer
      Bivalves - Where Are We Going? (Cambridge)
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Efficiency Strategies of Biomineralization in the Hadal Zone: Insights from Chemosynthetic Bivalve "Axinulus" hadalis (Thyasiridae)2023

    • Author(s)
      Taro Yoshimura, Chong Chen, Satoshi Okada, Ken Takai, Hiroaki Imai, Naotake Nishio, Kohei Takashina, Kotaro Shirai, Kentaro Tanaka, Naoto Takahata, Shiono Miki, Takenori Sasaki
    • Organizer
      Bivalves - Where Are We Going? (Cambridge)
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Novel nanoscale taxonomic traits provided by organic fossils: reclassification in the Cretaceous bivalve Trigonioidoidea (Palaeoheterodonta)2023

    • Author(s)
      Taro Yoshimura, Kentaro Nakayama, Kaito Asato, Yoshikazu Noda, Takenori Sasaki
    • Organizer
      2nd Asian Palaeontological Congress, TOKYO
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Novel attempt to link extant and extinct lineages from the ecological perspective: case study in the Cretaceous pond snail without supporting synapomorphies2023

    • Author(s)
      Taro Yoshimura, Kentaro Nakayama, Kaito Asato, Yoshikazu Noda, Yuki Nakagawa, Julien Legrand, Masayuki Ikeda, Hiroyuki Fujimoto, Takenori Sasaki
    • Organizer
      2nd Asian Palaeontological Congress, TOKYO
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 貝殻の形態・結晶・機能はいかに関係するのか?: キセルガイ類の閉弁における可動性と形質進化2023

    • Author(s)
      吉村太郎, 佐々木猛智, 上島励, Ilian Haggmark, 栗原有理, 今井宏明, 岸本卓大, 大野望, 高橋英俊, 藤本弘之
    • Organizer
      日本貝類学会令和5年度大会(95周年記念大会)
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] How do animals secrete carbonates in the hadal zone?: a novel insight from the chemosymbiotic bivalve “Axinulus” hadalis (Thyasiridae)2023

    • Author(s)
      Taro Yoshimura, Takenori Sasaki, Chong Chen, Satoshi Okada, Ken Takai, Hiroaki Imai, Naotake Nishio, Kohei Takashina, Kotaro Shirai, Kentaro Tanaka, Naoto Takahata, Shiono Miki
    • Organizer
      6th International Sclerochronology Conference 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] 南方熊楠の生物曼荼羅2024

    • Author(s)
      安田忠典, 末木文美士, 松居竜五, 志村真幸, 田村義也, 土永知子, 三村宜敬, 吉村太郎, 細矢剛, 郷間秀夫
    • Total Pages
      514
    • Publisher
      三弥井書店
    • ISBN
      9784838234141
    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2023-04-26   Modified: 2024-12-25  

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