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C4植物の誕生・進化とその要因:白亜紀中期の炭素循環攪乱と南極付近の環境

研究課題

研究課題/領域番号 19H02011
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分17050:地球生命科学関連
研究機関金沢大学

研究代表者

長谷川 卓  金沢大学, 地球社会基盤学系, 教授 (50272943)

研究分担者 中村 英人  大阪公立大学, 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)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2021年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2020年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2019年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
キーワード白亜紀 / 炭素同位体比 / バイオマーカー / アルケノン / 海洋無酸素事変 / 二酸化炭素分圧 / 古環境 / 古海洋 / C4植物 / 温暖化 / OAE2 / ノルマルアルカン / IODP / 有機物 / 炭素循環
研究開始時の研究の概要

C4植物は700万年前頃に顕在化した被子植物で,通常の光合成回路の前段にCO2濃縮回路を持ち効率的な炭素固定を行う.この形質の成立過程は謎に包まれているが,「白亜紀中期の約1億年以上も前のオーストラリア南西~南極大陸にかけてがC4植物誕生の場である」という仮説を立て,これを検証する.炭素循環の大きな攪乱期の前後の試料から有機分析を進め,分子レベルの炭素同位体比分析など先進的手法も取り入れる.どの時代でどの環境激変と連動してC4植物が誕生・進化したかを明らかにし,その時代の環境背景を更に詳しく理解していく.C4植物のみに由来する有機分子の発見を期待している.

研究成果の概要

本研究は当初,植物バイオマーカーの個別分子の炭素同位体比調査によりC4植物が白亜紀の南半球高緯度に誕生していたことの立証を主軸とする古環境解読を目指した.しかしC4植物の明らかな証拠は得られなかった.一方,研究過程でハプト藻類に由来するバイオマーカーで水温指標性のある2及び3不飽和アルケノンを,白亜紀の堆積物からは世界で初めて同時検出した.それらが「白亜紀中期の炭素循環攪乱と南極付近の環境」解読に極めて有用であることが判明したため,研究対象を変更しアルビアン~チューロニアン最初期のアルケノンを精査した.海洋無酸素事変2では南極大陸縁辺でCO2分圧低下と同時に急激な寒冷化が生じたことが判明した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

世界で初めて白亜紀の3不飽和アルケノンを発見した.2不飽和と3不飽和アルケノンが同時検出されれば古水温指標となるため極めて重要である.2不飽和アルケノンは含有量が多く,かつその起源がハプト藻類と明確だが,その炭素同位体比(d13C)測定に成功した.これも白亜系では初である.酸性化により炭酸塩が失われる場合が多い深海の海洋無酸素事変2記録ではd13C層序指標の確認が困難だが,本研究で初めてアルケノンd13C層序を用いてこれを克服した.温暖化が極度に進んだ白亜紀においてパルス的CO2増加が強い負の炭素循環フィードバックを誘導し,その結果世界中の表層海水温が低下したことを実データで示すことができた.

報告書

(4件)
  • 2022 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (44件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (16件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 9件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 6件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] ミラノ大学(イタリア)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] 中国科学院海洋学研究所(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] スミソニアン博物館/ミズーリ大学/ネブラスカ大学(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ダーハム大学(英国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] バルセロナ大学(スペイン)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究]

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ミラノ大学(イタリア)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] 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)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] オクスフォード大学(英国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] 中国科学アカデミー海洋学研究所(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] スミソニアン博物館/オクラホマ州立大学/ルイジアナ大学ラファイエット校(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] オクスフォード大学/ダーラム大学/エクセター大学(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] 中国科学院海洋研究所/南京大学/中国地質大学(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] ウロンゴン大学(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] ミラノ大学(イタリア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究]

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Decadal-centennial-scale solar-linked climate variations and millennial-scale internal oscillations during the Early Cretaceous2022

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Hitoshi, Katsuta Nagayoshi, Muraki Yasushi, Heimhofer Ulrich, Ichinnorov Niiden, Asahi Hirofumi, Ando Hisao, Yamamoto Koshi, Murayama Masafumi, Ohta Tohru, Yamamoto Masanobu, Ikeda Masayuki, Ishikawa Kohki, Kuma Ryusei, Hasegawa Takashi, Hasebe Noriko, Nishimoto Shoji and four others
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 21894-21894

    • DOI

      10.1038/s41598-022-25815-w

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Biotic and Paleoceanographic Changes Across the Late Cretaceous Oceanic Anoxic Event 2 in the Southern High Latitudes (IODP Sites U1513 and U1516, SE Indian Ocean)2022

    • 著者名/発表者名
      Maria Rose Petrizzo, Giulia Amaglio, David K. Watkins, Kenneth G. MacLeod, Brian T. Huber, Takashi Hasegawa and Erik Wolfgring
    • 雑誌名

      Paleoceanography and Paleoclimatology

      巻: 37 号: 9

    • DOI

      10.1029/2022pa004474

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhanced hydrological cycle during Oceanic Anoxic Event 2 at southern high latitudes: New insights from IODP Site U15162022

    • 著者名/発表者名
      Chen, H., Xu, Z., Bayon, G., Batenburg, S.J., Petrizzo, M.R., Hasegawa, T., Li, T.
    • 雑誌名

      Global and Planetary Changes

      巻: 209 ページ: 103735-103735

    • DOI

      10.1016/j.gloplacha.2022.103735

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      Petrizzo M.R., Watkins D.K., MacLeod K.G., Hasegawa T. ,Huber B.T., Batenburg S.J., Kato T.
    • 雑誌名

      Global and Planetary Change

      巻: 206 ページ: 103595-103595

    • DOI

      10.1016/j.gloplacha.2021.103595

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Early Cretaceous subsidence of the Naturaliste Plateau defined by a new record of volcaniclastic-rich sequence at IODP Site U15132020

    • 著者名/発表者名
      Lee, E. Y., E. Wolfgring, M. L. G. Tejada, D. L. Harry, C. C. Wainman, S. S. Chun, B. Schnetger, H. -J. Brumsack, A. Maritati, M. Martinez, C. Richter, Y. -X. Li, L. Riquier, K. G. MacLeod, T. R. Waller, I. Borissova, M. R. Petrizzo, B. T. Huber, Y. Kim, IODP Expedition Science Party
    • 雑誌名

      Gondwana Research

      巻: 82 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1016/j.gr.2019.12.007

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Sulfur isotope ratios in co-occurring barite and carbonate from Eocene sediments: A comparison study2020

    • 著者名/発表者名
      Toyama Kotaro、Paytan Adina、Sawada Ken、Hasegawa Takashi
    • 雑誌名

      Chemical Geology

      巻: 535 ページ: 119454-119454

    • DOI

      10.1016/j.chemgeo.2019.119454

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 4.Miyajima Y., Watanabe, Y., Goto, A. S., Jenkins, R. G., Sakai, S., Matsumoto, R. and Hasegawa, T., 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

    • 著者名/発表者名
      4.Miyajima Y., Watanabe, Y., Goto, A. S., Jenkins, R. G., Sakai, S., Matsumoto, R. and Hasegawa, T.
    • 雑誌名

      Journal of Asian Earth Sciences

      巻: 189 ページ: 104134-104134

    • DOI

      10.1016/j.jseaes.2019.104134

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Late Cretaceous stratigraphy and paleoceanographic evolution in the Great Australian Bight Basin based on results from IODP Site U15122020

    • 著者名/発表者名
      MacLeod, K. G., L. T. White, C. C. Wainman, M. Martinez, M. M. Jones, S. J. Batenburg, L. Riquier, S.J. Haynes, D. K. Watkins, K. A. Bogus, H. -J. Brumsack, R. do Monte Guerra, K. M. Edgar, T. Edvardsen, M. L. G. Tejada, et al.
    • 雑誌名

      Gondwana Research

      巻: 83 ページ: 80-95

    • DOI

      10.1016/j.gr.2020.01.009

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Australia Cretaceous Climate and Tectonics2019

    • 著者名/発表者名
      Hobbs, R.W., Huber, B.T., Bogus, K.A., and the Expedition 369 Scientists, 2019
    • 雑誌名

      Proceedings of the International Ocean Discovery Program, 369

      巻: Volume 369

    • DOI

      10.14379/iodp.proc.369.2019

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際共著
  • [学会発表] Mid-Cretaceous climatic perturbation in the southern high latitude ocean: drastic warming and cooling across the OAEs and the mid-Cenomanian event2022

    • 著者名/発表者名
      Haseghawa, T. and Goto, A. S., H. Komiya, Takagi, Y. Matsuta, T. and Takahashi, T.
    • 学会等名
      Cretaceous Symposium 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 中期白亜紀の南半球高緯度域における環境攪乱:OAEおよびMCE期に見られる急激な温暖化と寒冷化2022

    • 著者名/発表者名
      長谷川卓,後藤(桜井)晶子,小宮啓路,高木優祐,松田叡幸
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 南大洋高緯度域における白亜紀アルビアン-セノマニアン期の古環境変動2022

    • 著者名/発表者名
      長谷川卓・高木優祐
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 白亜紀下部アルビアン期の海洋無酸素事変1bに伴う 南半球高緯度地域の古環境変動2022

    • 著者名/発表者名
      松田叡幸,長谷川卓
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] C40アルケノン不飽和度指標に基づく白亜紀のインド洋南半球高緯度域の古水温変動2022

    • 著者名/発表者名
      長谷川卓,後藤(桜井)晶子
    • 学会等名
      日本古生物学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Reconstruction of Late Cretaceous paleovegetation based on terrestrial palynomorphs and biomarker analysis of the forearc basin sediments from the Haborogawa Formation, Yezo Group, Hokkaido, Japan2022

    • 著者名/発表者名
      Maho Hayakawa, Masashi A. Ikeda, Ken Sawada, Reishi Takashima, Hiroshi Nishi, Hideto Nakamura
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 白亜紀の高緯度古インド洋古海洋学におけるC40 アルケノンの重要性:特に海洋無酸素事変2に注目して2022

    • 著者名/発表者名
      長谷川卓・後藤(桜井)晶子・高木優祐・加藤禎理・森川昇汰
    • 学会等名
      地球環境史学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 南半球高緯度域IODP Site U1516に記録された白亜紀OAE2のC40アルケノン炭素同位体比層序とその意義2021

    • 著者名/発表者名
      長谷川卓・後藤(桜井)晶子
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 白亜紀のC40アルケノン不飽和度指標に基づく南半球高緯度域の古水温変動2021

    • 著者名/発表者名
      長谷川卓・後藤(桜井)晶子・ 小宮啓路・森川昇汰
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 陸源有機物の炭素同位体比変動を用いた白亜紀の環境解読2021

    • 著者名/発表者名
      長谷川卓
    • 学会等名
      日本有機地球化学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Carbon and hydrogen isotopes of C40 alkenones and C41 n-alkane from OAE2 interval of IODP Site U1516 in Southern high latitude2020

    • 著者名/発表者名
      Haseghawa, T. and Goto, S. A.
    • 学会等名
      Annual Meeting of Japan Geoscience Union, 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cretaceous paleoceanographic events recorded in sedimentary sequences from IODP Exp. 369 in Southern high latitude: Oxygen and carbon isotope stratigraphy and implication from biomarkers2020

    • 著者名/発表者名
      Haseghawa, T. Kato, T., Toyama, K. and Goto, S. A. and IODP Exp. 369 Scientists,
    • 学会等名
      Annual Meeting of Japan Geoscience Union, 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sulfur isotope ratios in co-occuring barite and carbonate from Eocene sediments: A comparison study2020

    • 著者名/発表者名
      Toyama, K.,Paytan, A.,Sawada, K. Hasegawa, T.
    • 学会等名
      Annual Meeting of Japan Geoscience Union, 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Biomarkers across the Cretaceous OAE2 interval from IODP site U1516: anomalous distribution of long-chain n-alkanes2020

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa, T.*, Goto, A. S., Kato, T.
    • 学会等名
      Fall meeting of American Geophysical Union
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 始新世の海水に含まれる硫酸イオンの硫黄同位体比経時変動:CASと遠洋性重晶石2019

    • 著者名/発表者名
      長谷川卓*・外山浩太郎・A. Paytan・沢田健・後藤(桜井)晶子・長谷部桂一朗・中瀬千遥
    • 学会等名
      地球環境史学会2019年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 3.長谷川卓*・加藤禎理・後藤晶子,南半球高緯度インド洋の白亜紀OAE2堆積物の有機地球化学的特徴2019

    • 著者名/発表者名
      長谷川卓*・加藤禎理・後藤晶子
    • 学会等名
      日本有機地球化学会金沢シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] IODP Site U1512A(グレートオーストラリア湾)から得られた上部白亜系の炭素同位体比層序およびバイオマーカー組成2019

    • 著者名/発表者名
      高木優佑*・竹田ゆきな・定見謙吾・後藤晶子・長谷川卓
    • 学会等名
      日本有機地球化学会金沢シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 5.森川昇汰*・後藤(桜井)晶子・長谷川卓,IODP Site U1513¬¬南インド洋メンテレ海盆から得られた下部白亜系バイオマーカーの特徴とその意義2019

    • 著者名/発表者名
      森川昇汰*・後藤(桜井)晶子・長谷川卓
    • 学会等名
      日本有機地球化学会金沢シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] 古生物学の百科事典(地史・白亜紀,古環境・テチス海)2023

    • 著者名/発表者名
      長谷川卓(日本古生物学会編)
    • 総ページ数
      754
    • 出版者
      丸善出版
    • ISBN
      9784621307588
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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