二枚貝殻中の還元指標元素分析による沿岸域貧酸素水塊挙動の解明

• Project/Area Number: 22KJ0711
• Project/Area Number (Other): 21J40096 (2021-2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2021-2022)
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 63040:Environmental impact assessment-related
• Research Institution: Marine Ecology Research Institute (2023); The University of Tokyo (2021-2022)
• Principal Investigator: 杉原 奈央子 公益財団法人海洋生物環境研究所, 海生研中央研究所, 研究員
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 貧酸素 / 二枚貝 / スクレロクロノロジー / 微量元素 / 遡及的環境モニタリング / 沿岸 / 安定同位体比

Outline of Research at the Start

世界中の閉鎖性内湾において「貧酸素」が世界的な問題になっており，生態系・水産資源に
深刻な悪影響を与えている．日本でも東京湾や大阪湾，三河湾などで生物の斃死が報告されて
いる．貧酸素水塊をモニタリングするための従来の観測手法である船舶や観測ブイによる観測
ではそれぞれ観測頻度や設置場所，観測項目などの制限があり，貧酸素とそれに伴う環境変化
の全容を把握することが困難であった．二枚貝殻の化学組成は生息環境を反映している．これを利用して，本研究では二枚貝殻の化学組成分析と成長線解析(Mussel shell watch) により，貧酸素状態を過去に遡って復元することを目指す．

Outline of Annual Research Achievements

これまで貧酸素をモニタリングする手法としては船舶による観測や観測ブイに よる連続モニタリングが行われてきた．しかし，前者は観測 に労力がかかるため，頻度に制約があり，後者は装置が高価なため，設置可能な場所が限られていた．貧酸素水塊の挙動を把握し，沿岸生態系の変化を明らかにするためには，貧酸素とそれに関わる物資循環の 変化を広範囲かつ連続的に把握する手法を確立する必要がある．二枚貝の貝殻を利用した遡及的な環境モ ニタリング（MusselShell Watch）はこの問題を解決することが期待できる．
本研究では貧酸素の影響が場所によって異なる英虞湾と、貧酸素の影響が強い東京湾において、溶存酸素濃度のモニタリングと、それぞれ二枚貝の垂下飼育実験や採取、また同時に採水を行い、海水中の酸化還元状態に伴って変化する海水中の微量元素や安定同位体濃度比と貝殻の化学組成の変化を調べることで、貝殻を貧酸素モニタリングの可能性を検討した．
英虞湾ではアコヤガイを対象として、垂下飼育実験をおこなった．飼育後のアコヤガイ貝殻の微量元素を分析したところ、貧酸素発生時期の成長量の低下と貝殻の一部でMn濃度の高い場所があることがわかった．海水中のマンガン濃度も貧酸素水塊が発生している時期には底層で濃度が高かった．
東京湾では貧酸素の影響が異なる時期に採水とホンビノスガイの採取をおこなった．調査の結果、東京湾では冬季に海水中および貝殻中でMn濃度が高い現象がみられた．一方で貧酸素発生時期には海水中DICの同位体比が低下し、貝殻中の炭素安定同位体比濃度も低下した．
これらの研究から、貝殻を利用した貧酸素モニタリングを実施する際には、海域ごとに適切な指標を利用することが必要であることが明らかとなった．

Research Products

• [Journal Article] Ammonoid extinction versus nautiloid survival: Is metabolism responsible? (2023)
  • Author(s): Tajika Amane、Landman Neil H.、Cochran J. Kirk、Nishida Kozue、Shirai Kotaro、Ishimura Toyoho、Murakami-Sugihara Naoko、Sato Kei
  • Journal Title: Geology Volume: - Issue: 7 Pages: 621-625
  • DOI: 10.1130/g51116.1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Latitudinal cline in the foraging dichotomy of loggerhead sea turtles reveals the importance of East China Sea for priority conservation (2022)
  • Author(s): Okuyama Junichi、Watabe Akemi、Takuma Shunichi、Tanaka Kentaro、Shirai Kotaro、Murakami‐Sugihara Naoko、Arita Mamiko、Fujita Kento、Nishizawa Hideaki、Narazaki Tomoko、Yamashita Yoshiya、Kameda Kazunari
  • Journal Title: Diversity and Distributions Volume: 28 Issue: 8 Pages: 1568-1581
  • DOI: 10.1111/ddi.13531
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Using neodymium isotope ratio in Ruditapes philippinarum shells for tracking the geographical origin (2022)
  • Author(s): Tanaka Kentaro、Zhao Liqiang、Tazoe Hirofumi、Iizuka Tsuyoshi、Murakami-Sugihara Naoko、Toyama Kotaro、Yamamoto Toshihiro、Yorisue Takefumi、Shirai Kotaro
  • Journal Title: Food Chemistry Volume: 382 Pages: 131914-131914
  • DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.131914
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Periostracum of bivalve mollusk shells for sampling engineered metal nanoparticles: A case study of silver-based nanoparticles in Canada's experimental lake (2022)
  • Author(s): Zuykov Michael、Hayhurst Lauren、Murakami-Sugihara Naoko、Shirai Kotaro、Spiers Graeme、Schindler Michael
  • Journal Title: Chemosphere Volume: 303 Pages: 134912-134912
  • DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.134912
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spatiotemporal change of cesium-137 in the Pacific coast of Tohoku, Japan: The mussel watch approach (2021)
  • Author(s): Murakami-Sugihara Naoko、Shirai Kotaro、Tazoe Hirofumi、Mizukawa Kaoruko、Takada Hideshige、Yamagata Takeyasu、Otosaka Shigeyoshi、Ogawa Hiroshi
  • Journal Title: Marine Pollution Bulletin Volume: 168 Pages: 112413-112413
  • DOI: 10.1016/j.marpolbul.2021.112413
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Growth and stable carbon and oxygen isotope analyses by using the bivalve shell, Mercenaria mercenaria under hypoxia in Tokyo (2024)
  • Author(s): WANG JINGZHUO, Naoko Murakami-Sugihara, Kotaro Shirai, Kentaro Tanaka, Kei Sato, Toyoho ishimura, Mahiro Yumiba, Kozue Nishida
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2024年大会
• [Presentation] 貧酸素環境におけるホンビノスの貝殻微細構造の作り分けと生理的メカニズムの解明 (2023)
  • Author(s): 佐藤圭, 西田梢, 田中健太郎,杉原奈央子、石川彰人、Wang Jingzhuo
  • Organizer: 第18回バイオミネラリゼーションワークショップ
• [Presentation] 二枚貝殻を用いた環境モニタリングと個体成長への環 境影響評価：英虞湾での垂下実験を例に (2023)
  • Author(s): 西田 梢 ,田中健太郎 ,佐藤 圭 ,樋口恵太 ,漢那直也,杉原奈央子,白井厚太朗 ,石村豊穂 ,岩橋徳典 ,永井清仁,弓場茉裕 ,石川彰人
  • Organizer: 日本地球化学会
• [Presentation] Distributions of radiocesium in freshwater bivalve shells (2023)
  • Author(s): Naoko MURAKAMI-SUGIHARA, Hirofumi Tazoe, Kotaro Shirai
  • Organizer: 6th International Sclerochronology Conference 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 溶存酸素濃度に対するアコヤガイの生理学的応答と真珠形成への影響 (2022)
  • Author(s): 佐藤圭, 西田梢, 田中健太郎, 石川彰人, 杉原奈央子, 樋口恵太, 岩橋徳典, 永井清仁
  • Organizer: 第17回バイオミネラリゼーションワークショップ
• [Presentation] 二枚貝殻を用いた水温・溶存酸素濃度の モニタリング手法の検討：英虞湾での垂下実験を例に (2022)
  • Author(s): 西田 梢, 田中健太郎, 佐藤圭, 樋口恵太, 漢那直也, 杉原奈央子, 白井厚太朗, 岩橋徳典, 永井清仁, 弓場茉裕, 石川彰人
  • Organizer: 第17回バイオミネラリゼーションワークショップ
• [Presentation] 貧酸素水塊発生時のアコヤガイの生理学的応答と真珠形成機構の変化 (2022)
  • Author(s): 佐藤圭, 西田梢, 田中健太郎, 石川彰人, 杉原奈央子, 樋口恵太, 岩橋徳典, 永井清仁
  • Organizer: 日本プランクトン学会・日本ベントス学会合同大会