Typhoons activate the process of organic degradation in a coastal aquaculture area

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K06193
• Research Institution: Kindai University
• Principal Investigator: 江口 充 近畿大学, 農学部, 教授 (40176764)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷口 亮人 近畿大学, 農学部, 講師 (10548837)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 加水分解活性 / 自浄能力 / エキソペプチダーゼ / エンドペプチダーゼ / 台風 / 鉛直混合 / 溶存酸素 / 塩分

Outline of Annual Research Achievements

養殖漁場では、水域生態系に負荷される有機物量が大きくなる。この有機物負荷が当該水域の持つ自浄能力（環境容量）を超えてしまうと、有機汚濁、富栄養化、底層の貧酸素化といった負のスパイラルに入てしまう。養殖漁場の持つ有機物負荷に対する環境容量を評価することは難しい。有効な評価指標の一つが、当該水域における高分子有機物（例えばタンパク質）を低分子有機物（例えばアミノ酸）に加水分解する酵素活性の測定である。この高分子有機物が細菌群が利用可能な低分子有機物に加水分解されるプロセスを"gate keeper"と呼ぶ。つまり、養殖漁場の物質循環の律速段階といえるのである。この有機物の流れを主に担う海洋細菌群の加水分解活性は、水温、塩分、溶存酸素などの環境要因が多大な影響を及ぼす。今までの研究から、水域が成層し、海底が貧酸素化しやすい夏季にはこの加水分解活性が停滞しがちであり、強風により鉛直混合が起こる冬季に活性が上がることを確認している。
本研究課題では、加水分解活性が停滞しやすい夏季に強いインパクトを与える台風の影響を評価しようとした。ただ、2020年は12年ぶりに台風が日本列島を襲うことがない極めて例外的な年となってしまった。野外調査で台風の影響を評価することが出来なかったが、室内実験により興味深い成果を得ることができた。それは、残餌に由来するタンパク質などの加水分解プロセスにおいて、ペプチドの末端からアミノ酸を一つずつ切り離していくエキソペプチダーゼがまず活性化する。そのエキソペプチダーゼ活性が低下すると、引き続きその後、タンパク質の内部のペプチド結合を切るエンドペプチダーゼが活性化するのである。タンパク質の分解プロセスを経時的に追うと酵素群の役割分担があるのである。これは、今まで想定はされていたが、実際には確認できていない現象を再現したものであり価値がある。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2020年は日本本土に上陸した台風が一つもなく、これは2008年以来12年ぶりの状況であった。本研究課題の主眼は台風が養殖漁場の水質・底質の浄化プロセスに与える影響の評価であり、台風に直接関連するデータを取得することが2020年は出来なかった。さらに、新型コロナウイルス感染症の影響により、野外調査の際に県を跨いでの移動が行い辛いという時期があり、野外調査自体をあまり実施できなかった。これらが研究の進捗を遅らせた主因である。ただ、その半面、概要でも記載したが、室内実験では興味深い結果を得られた。台風の襲来が無かったために野外調査のデータを得ることが出来なかった点においては研究が大幅に遅れたともいえるが、室内実験の一部が進んだ点を考慮すると「やや遅れている」と自己評価している。

Strategy for Future Research Activity

2021年は日本本土に上陸する台風があると想定して野外調査を計画する。ただし、2021年も台風の直撃が必ずあるとは言えないため、様々な環境変化を想定した室内実験系を充実させ、野外調査の結果を解釈するのに役立つデータを集積する。
今までの野外調査における環境要因と加水分解活性の関連性を調べたところ、塩分と水域の加水分解活性に有意な負の相関があることが分かっている。降雨により塩分が低下すると、加水分解活性が上がるのである。後背地に大きな河川のない調査対象水域では台風等による降雨が直接加水分解活性を上げる可能性がある。オートクレーブした水道水や蒸留水で海水の塩分を下げる予備実験を行ったところ、単純な塩分の低下は加水分解活性を逆に下げた。天然の雨水がプラス効果をもたらすようである。2021年は雨水を使って塩分を下げた場合の室内実験を行い、雨水の何が加水分解活性にプラス効果をもたらしているのか、そのメカニズムを解明する。
溶存酸素と加水分解酵素活性に有意な正の相関があることも分かっている。酵素活性自体に溶存酸素が作用することはあまりないと考えられるため、この場合は細菌群集の構造変化と関連している可能性が高い。これを確認する室内実験も行いたいと考える。
野外調査により台風前後で現場の加水分解活性がどの様に変化するのかを確認できたとき、そのメカニズム解明に役立つ室内実験系を同時並行で推し進めたいと考えている。

Causes of Carryover

大きく2つ理由がある。ひとつは野外調査の実施回数が少なかったことである。これは2020年には日本列島を直撃するような台風が全くなかったため、台風を狙った野外調査が実施できなかったことと、そもそも緊急事態宣言により県を跨いだ移動を伴う野外調査が実施困難になったことによる。もうひとつは、新型コロナ感染症による非常事態宣言により、大学キャンパス内への大学院生などの研究補助者の入構が大幅に制限されたためである。研究室への入室制限があったため、当初予定していた実験量を行うことが出来なかったのである。2021年は2020年の教訓を生かして、飛沫感染を徹底的に防げば入構者者数をある程度上げることも可能であると考えられる。そのため、2020年度以上の実験量が期待できる。