古海洋表層窒素サイクル研究の深化

• 研究課題/領域番号: 16H02236
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 層位・古生物学
• 研究機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 大河内 直彦 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 生物地球化学研究分野, 分野長 (00281832)
• 研究分担者: 吉川 知里 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 生物地球化学研究分野, 技術研究員 (40435839)
• 研究協力者: 近本 めぐみ
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 41,470千円 (直接経費: 31,900千円、間接経費: 9,570千円); 2018年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円); 2017年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円); 2016年度: 15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)
• キーワード: 窒素サイクル / 窒素 / 同位体比 / 窒素同位体比 / 生物地球化学 / 古海洋

研究成果の概要

本研究では，まず現在の海水中のクロロフィルaの窒素同位体比を測定し，その窒素安定同位体比を決定する要因について考察した。さらに，海底堆積物や太古の堆積岩中に含まれるクロロフィル誘導体であるポルフィリンについて窒素同位体比を測定し，その有用性について確認した。クロロフィルはポルフィリン化合物として長らく堆積物に残され，海洋表層の窒素同位体比を忠実に記録していることが確認された。本研究では，堆積物からクロロフィルの誘導体であるポルフィリンの窒素同位体比を測定することによって，過去の海洋表層における窒素サイクルを復元することが有効な方法論であることが示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

海洋の生物生産，つまりバイオマスを決めているのは主に海洋表層における窒素サイクルである。本研究は，その窒素サイクルの過去の変遷を明らかにするために，クロロフィルの窒素同位体比が利用できることを明らかにした。またクロロフィルが堆積物中で変質して生成されるポルフィリンの窒素同位体比が，クロロフィルのそれをそのまま保持していることを明らかにした。窒素サイクルは炭素サイクルを駆動するエンジンでもあるため，過去の表層窒素サイクルは，過去の気候変動を復元するうえで必須の情報となる。海洋の生物資源量を考えるうえでも重要な情報となるであろう。

研究成果

• [国際共同研究] オーストラリア国立大学/ジオサイエンス・オーストラリア(オーストラリア)
• [国際共同研究] フロリダ州立大学(米国)
• [国際共同研究] モデナ大学(イタリア)
• [国際共同研究] グラナダ大学(スペイン)
• [雑誌論文] Efficient recycling of nutrients in modern and past hypersaline environments (2019)
  • 著者名/発表者名: Isaji Y.、Kawahata H.、Ogawa N. O.、Kuroda J.、Yoshimura T.、Jimenez-Espejo F. J.、Makabe A.、Shibuya T.、Lugli S.、Santulli A.、Manzi V.、Roveri M.、Ohkouchi N.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 3718-3718
  • DOI: 10.1038/s41598-019-40174-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fractionation of stable nitrogen isotopes (¹⁵N/¹⁴N) during enzymatic deamination of glutamic acid: Implications for mass and energy transfers in the biosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: A.S Goto, M.T. Miura, T. Korenaga, T. Hasegawa, N. Ohkouchi, Y. Chikaraizhi
  • 雑誌名: ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ 巻: 52 号: 3 ページ: 273-280
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0513
  • NAID: 130007379059
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • 年月日: 2018-05-30
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 1.1 billion years old porphyrins and their isotopic composition establish a marine ecosystem dominated by bacterial primary producers. (2018)
  • 著者名/発表者名: Gueneli, N., McKenna, A. M., Ohkouchi, N., Boreham, C., Beghin, J., Javaux, E. J., and Brocks, J. J.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Science, USA 巻: 115 号: 30
  • DOI: 10.1073/pnas.1803866115
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nitrate isotope distributions in the subarctic and subtropical North Pacific. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa, C., Makabe, A., Matsui, Y., Nunoura, T., and Ohkouchi, N.
  • 雑誌名: Geochemistry Geophysics Geosystems 巻: 19 号: 7 ページ: 2212-2224
  • DOI: 10.1029/2018gc007528
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nitrogen isotopic fractionation in ammonia during adsorption on silicate surface. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sugahara, H., Takano, Y., Ogawa, N.O., Chikaraishi, Y. and Ohkouchi, N.
  • 雑誌名: ACS Earth and Space Chemistry 巻: 1 号: 1 ページ: 24-29
  • DOI: 10.1021/acsearthspacechem.6b00006
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Biological and physical modification of carbonate system parameters along the salinity gradient in shallow hypersaline solar salterns in Trapani, Italy (2017)
  • 著者名/発表者名: Isaji Y., H. Kawahata, J. Kuroda, T. Yoshimura, N. O. Ogawa, A. Suzuki, T. Shibuya, F. J. Jimenez-Espejo, S. Lugli, A. Santulli, V. Manzi, M. Roveri, and N. Ohkouchi
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 印刷中 ページ: 354-367
  • DOI: 10.1016/j.gca.2017.04.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fractionation of nitrogen isotopes during amino acid metabolism in heterotrophic and chemolithoautotrophic microbes across Eukarya, Bacteria, and Archaea: Effects of nitrogen sources and metabolic pathways (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Yasuhiko T.、Chikaraishi Yoshito、Takano Yoshinori、Ogawa Nanako O.、Imachi Hiroyuki、Yokoyama Yusuke、Ohkouchi Naohiko
  • 雑誌名: Organic Geochemistry 巻: 111 ページ: 101-112
  • DOI: 10.1016/j.orggeochem.2017.04.004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Compound-specific carbon and nitrogen isotopic compositions of chlorophyll a and its derivatives reveal the eutrophication history of Lake Zurich (Switzerland) (2016)
  • 著者名/発表者名: Naeher S, Suga H, Ogawa NO, Schubert CJ, Grice K, Ohkouchi N
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 443 ページ: 210-219
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2016.09.005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Distributions and compound-specific isotopic signatures of sedimentary chlorins reflect the composition of phototrophic communities and carbon and nitrogen sources in Swiss lakes and the Black Sea (2016)
  • 著者名/発表者名: Naeher S, Suga H, Ogawa NO, Takano Y, Grice K, Ohkouchi N
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 443 ページ: 198-209
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2016.04.029
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Widespread collapse of the Ross Ice Shelf during the late Holocene. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, Y., Anderson, J. B., Yamane, M., Simikins, L. M., Miyairi, Y., Yamazaki, T., Koizumi, M., Suga, H., Kusahara, K., Prothro, L., Hasumi, H., Southon, J. R., and Ohkouchi, N.
  • 雑誌名: Proceedings of National Academy of Science, USA 巻: 113 号: 9 ページ: 2354-2359
  • DOI: 10.1073/pnas.1516908113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Porphyrins reveal modes of nitrogen cycle controlled by chemocline depth under density-stratified condition during the Messinian Salinity Crisis (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Isaji
  • 学会等名: JpGU
  • 国際学会
• [学会発表] 海洋中のヘムと多次元安定同位体比測定法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊左治雄太
  • 学会等名: 地球化学会
• [学会発表] 海洋窒素同位体モデルで窒素同位体比の季節変化の海域特性を明らかにする (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉川千里
  • 学会等名: 地球化学会
• [学会発表] Multi-element, compound-specific isotope analysis of chloropigments: Insights into the biogeochemical cycle of the microbial mat in the shallow hypersaline environment (2017)
  • 著者名/発表者名: Isaji, Y., Kawahata, H., Kuroda, J., Yoshimura, T., Ogawa, N.O., Araoka, D., Makabe, A., Suzuki, A., Shibuya, T., Jimenez-Espejo, F.J., Takano, Y., Lugli, S., Santulli, A., Manzi, V., Roveri, M., Ohkouchi, N
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] ポルフィリン窒素同位体比から明らかにする地中海塩分危機時の窒素循環 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊左治 雄太、川幡 穂高、高野 淑識、小川 奈々子、黒田 潤一郎、吉村 寿紘、Francisco J. Jimenez-Espejo, Stefono Lugli, Vinicio Manzi, Marco Roveri, 大河内 直彦
  • 学会等名: 第35回有機地球化学シンポジウム
• [学会発表] Widening the Application of Compound-Specific Isotope Analysis to Less Volatile Molecules (2016)
  • 著者名/発表者名: N. OHKOUCHI
  • 学会等名: Goldschmidt Conference 2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-06-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 最終氷期以降における西南極氷床の融解史：批判的レビュー (2016)
  • 著者名/発表者名: 大河内直彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2016-05-24
  • 招待講演
• [学会発表] 有機物の同位体組成：最近の展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大河内直彦
  • 学会等名: 第64回質量分析総合討論会
  • 発表場所: ホテル阪急エキスポパーク（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2016-05-19
  • 招待講演
• [備考] 大河内直彦 業績
  • URL: http://www.jamstec.go.jp/res/ress/nohkouchi/publication_j.html