Appearance and evolution of C4 plants: Environmental perturbation around Antarctica during mid-Cretaceous

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H02011
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 長谷川 卓 金沢大学, 地球社会基盤学系, 教授 (50272943)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 英人 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 特任講師 (00785123) ; 黒田 潤一郎 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (10435836) ; 守屋 和佳 早稲田大学, 教育・総合科学学術院, 教授 (60447662)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 白亜紀 / 古環境 / バイオマーカー

Outline of Annual Research Achievements

国際深海科学掘削計画(IODP)第369次航海での掘削試料（U1516)の白亜系セノマニアン期，アルビアン期，アプチアン期の試料を入手し，分析を行った．その結果，セノマニアン期とアルビアン期の試料からハプト藻類に由来するC40アルケノン類（炭素数40の直鎖型アルキルケトン）を抽出することができた．これらは２つないし３つの不飽和部位を持っていた．特に一部のセノマニアン期の試料には3不飽和物が多く含まれており，注目される．一方でアルビアン期の試料からは全く検出されなかった．このことは，アルケノンをつくるハプト藻類の南半球高緯度域への拡散時期に関連している可能性がある．また，本研究の当初の目的であったC4植物に由来するノルマルアルカンなどのバイオマーカーは，個別分子炭素同位体比分析(GC-IRMS)の結果，確認できなかった．以上のことから，研究の主眼をアルケノン生成を行うハプト藻類の出現と南半球における拡散に関する考察を行うことを念頭に，研究の軸足を移した．また７月に専門的知識を持つ博士研究員が退職してしまったことと，コロナウィルス感染症の影響で機器の調整を外部委託できない時期があったため，ノルマルアルカンやアルケノンの水素同位体比測定ができなかった．一方でC40アルケノン類のガスクロマトグラフ上での分離に関してはカラムの変更や温度プログラムの工夫により，明瞭に２不飽和物と３不飽和物を分離することに成功した．これによりより正確にC40アルケノンの不飽和度指数(UK'40)を算出することができるようになった．今後，これを古環境の解読に応用していくことを検討していく．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初想定していたC4植物に由来するバイオマーカーを検出できない．-20‰よりも高い値が想定されていた長鎖ノルマルアルカンの炭素同位体比は，現在のところ-28‰などC3植物の典型的な値しか得られていない．一方で，抽出を期待していなかったC４０アルケノンが検出され，しかも世界で初めて白亜紀からその3不飽和物が検出された．予定されていた議論（C４植物の進化と，C４植物進化を誘導した古環境変動）とは異なるが，研究の対象をハプト藻の進化と拡散およびアルケノン類の古環境学的応用）に視点を移して研究を進めてきたことが，やや遅れているとなっている．加えて７月に専門的知識を持つ博士研究員が退職してしまったことと，コロナウィルス感染症の影響で機器の調整を外部委託できない時期があったため，ノルマルアルカンやアルケノンの水素同位体比測定ができなかった．

Strategy for Future Research Activity

今後はC4植物に由来するバイオマーカーの探索も続けていくが，並行してハプト藻類に由来するアルケノン類の古環境学的応用に視点を移して研究を進めていく予定である．過去に行われた国際深海掘削（IODP, ODPなど）のレガシーコアを用いて特に高緯度域の試料からアルケノン類，特に水温変動の議論が可能となる40アルケノン類の2不飽和物と3不飽和物の双方が抽出できる場所を探して，検出された場合はその比率を用いてUK'40値を算出し，それを高緯度域各地で比較していく．具体的にはODP Site 763の分析を進める予定でいる．また従来このような視点で見られていない高緯度域の試料も検討していく予定である．もちろん，分析を行う試料については長鎖ノルマルアルカンの炭素同位体比分析も行い，C4植物の存在の有無を確認していく．

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミラノ大学(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: ミラノ大学
• [Int'l Joint Research] スミソニアン博物館/カリフォルニア大学サンタクルズ/ミズーリ大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: スミソニアン博物館/カリフォルニア大学サンタクルズ/ミズーリ大学
• [Int'l Joint Research] オクスフォード大学(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: オクスフォード大学
• [Int'l Joint Research] 中国科学アカデミー海洋学研究所(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 中国科学アカデミー海洋学研究所
• [Journal Article] Enhanced hydrological cycle during Oceanic Anoxic Event 2 at southern high latitudes: New insights from IODP Site U1516 (2022)
  • Author(s): Chen, H., Xu, Z., Bayon, G., Batenburg, S.J., Petrizzo, M.R., Hasegawa, T., Li, T.
  • Journal Title: Global and Planetary Changes Volume: 209 Pages: 103735
  • DOI: 10.1016/j.gloplacha.2022.103735
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Exploring the paleoceanographic changes registered by planktonic foraminifera across the Cenomanian-Turonian boundary interval and Oceanic Anoxic Event 2 at southern high latitudes in the Mentelle Basin (SE Indian Ocean) (2021)
  • Author(s): Petrizzo M.R., Watkins D.K., MacLeod K.G., Hasegawa T. ,Huber B.T., Batenburg S.J., Kato T.
  • Journal Title: Global and Planetary Change Volume: 206 Pages: 103595
  • DOI: 10.1016/j.gloplacha.2021.103595
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Early Cretaceous subsidence of the Naturaliste Plateau defined by a new record of volcaniclastic-rich sequence at IODP Site U1513 (2020)
  • Author(s): Lee, E. Y.* et al. (19名及びIODP Expedition 369 Science Party. Hasegawa, T.は後者に含まれる)
  • Journal Title: Gondowana Research Volume: 82 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.gr.2019.12.007
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sulfur isotope ratios in co-occurring barite and carbonate from Eocene sediments: A comparison study (2020)
  • Author(s): Toyama, K., Paytan, A., Sawada, K. and Hasegawa, T.*
  • Journal Title: Chemical Geology Volume: 535 Pages: 119454
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2019.119454
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Archaeal lipid biomarker as a tool to constrain the origin of methane at ancient methane seeps: Insight into subsurface fluid flow in the geological past. (2020)
  • Author(s): Miyajima Y., Watanabe, Y., Goto, A. S., Jenkins, R. G., Sakai, S., Matsumoto, R. and Hasegawa, T.
  • Journal Title: Journal of Asian Earth Sciences Volume: 189 Pages: 104134
  • DOI: 10.1016/j.jseaes.2019.104134
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Late Cretaceous stratigraphy and paleoceanographic evolution in the Great Australian Bight Basin based on results from IODP Site U1512. (2020)
  • Author(s): MacLeod, K. G.* et al. (Hasegawa, T. 31人中17番)
  • Journal Title: Gondowana Research Volume: 83 Pages: 85-95
  • DOI: 10.1016/j.gr.2020.01.009
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Carbon and hydrogen isotopes of C40 alkenones and C41 n-alkane from OAE2 interval of IODP Site U1516 in Southern high latitude (2020)
  • Author(s): Haseghawa, T. and Goto, S. A.
  • Organizer: Annual Meeting of Japan Geoscience Union, 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cretaceous paleoceanographic events recorded in sedimentary sequences from IODP Exp. 369 in Southern high latitude: Oxygen and carbon isotope stratigraphy and implication from biomarkers (2020)
  • Author(s): Haseghawa, T. Kato, T., Toyama, K. and Goto, S. A. and IODP Exp. 369 Scientists,
  • Organizer: Annual Meeting of Japan Geoscience Union, 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sulfur isotope ratios in co-occuring barite and carbonate from Eocene sediments: A comparison study (2020)
  • Author(s): Toyama, K.，Paytan, A.，Sawada, K. Hasegawa, T.
  • Organizer: Annual Meeting of Japan Geoscience Union, 2020
  • Int'l Joint Research