海溝堆積物が生元素循環に果たす役割：日本海溝を例として

• 研究課題/領域番号: 20H02013
• 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: 東京海洋大学
• 研究代表者: グルッド ロニー 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (60814978)
• 研究分担者: 北里 洋 東京海洋大学, 学術研究院, 特任教授 (00115445) ; 豊福 高志 東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (30371719) ; 小栗 一将 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(海洋生物環境影響研究センター), 招聘主任研究員 (10359177)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2022年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2020年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
• キーワード: 生元素循環 / 超深海海溝 / 生物地球化学 / 微生物 / 現場観測 / 酸素濃度プロファイル / 有人潜水調査 / 超深海海溝域 / 超深海環境再現装置 / ゲノム解析

研究開始時の研究の概要

海洋表層の一時生産が南北で異なる日本海溝の観測調査を行い、海溝底の生物地球化学、微生物群集の機能および代謝速度を測定する。このために、自律型現場観測装置を新たに開発し、海溝底で有機物の無機化速度を測定すると共に、堆積物を採取して微生物の組成と生態系機能を検討し、生物生産量と微生物による有機物の無機化との関係を明らかにする。研究を通じて、超深海海溝域が地球の生物地球化学循環に果たす役割を示す。

研究成果の概要

海洋表層の基礎生産量が異なる超深海海溝域において、主に生物地球化学および微生物群集に関する知見を得るために、現場型自律型現場観測装置を新規開発し、海溝底における有機物の無機化速度を測定した。また、堆積物を採集して微生物群集組成と生態系機能を検討し、基礎生産量の異なる海溝底における微生物による有機炭素の無機化速度との関係を明らかにした。さらに、海底に到達する有機物の起源や、潜在的な含有が懸念される残留性有機汚染物質などの濃度を測定した。これらの結果は、別途進行中の日本の海溝域への有人潜水調査の結果、太平洋西南部および南極海といった基礎生産量の高い海溝における調査結果と比較する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

超深海の海溝域は海洋の中でもっとも低い有機物分解の場として理解されていた。しかし、ここ10年の研究を通じ、海溝底は非常に生物活性の高い場であることが理解されるようになった。高い基礎生産海域と貧栄養海域を併せ持つ日本近海の海溝における有機炭素の無機化過程の理解によって、より浅い環境における有機炭素の無機化率との違いを明らかにできるだけでなく、全球に分布する他の海溝における無機化率との比較も可能になる。本研究は、房総沖プレート三重会合点における微生物組成と有機物分解の実態を明らかしただけでなく、小笠原から宮城沖にかけた海域で現場観察した海溝域生態系の特徴との比較へと視野を広げることにつながった。

研究成果

• [国際共同研究] South Denmark University(デンマーク)
• [国際共同研究] University of West Australia(オーストラリア)
• [雑誌論文] Organic matter degradation causes enrichment of persistent organic pollutants in hadal sediments (2023)
  • 著者名/発表者名: Sobek A, Abel S, Sanei H, Bonaglia S, Li Z, Horlitz G, Rudra A, Oguri K, Glud RN
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Benthic O2 uptake by coral gardens at the Condor seamount (Azores) (2022)
  • 著者名/発表者名: Rovelli L、Carreiro-Silva M、Attard KM、Rakka M、Dominguez-Carri? C、Bilan M、Blackbird S、Morato T、Wolff GA、Glud RN
  • 雑誌名: Marine Ecology Progress Series 巻: 688 ページ: 19-31
  • DOI: 10.3354/meps14021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Intercellular nitrate storage by diatoms can be an important nitrogen pool in freshwater and marine cecosystems. (2022)
  • 著者名/発表者名: Stief P, Schauberger, C, Lund MB, Greve a, Abed RMM, Al-Najjar AA, Attard K, Bonalia S, Deutzmann J, Franco-Cisterna B, Garcia-Robledo, Marit-Holtappelsm John U, Maclute A, Magee MJ, Pors R, Santi-Temkic T, Schwerwass A, Sevilgen DS, de Beer D, Glud RN, Schramm A, Kamp A,
  • 雑誌名: Com. Earth & Environment 巻: 3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High Carbon mineralisation rates in subseafloor hadal sediments -result of frequent mass wasting (2022)
  • 著者名/発表者名: Zabel M, Glud RN, Sanei H, Elvert M, Pape T, Chuang PC, Okuma E, Gepraegs P, Koelling M
  • 雑誌名: Geochehemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 23
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Sediment accumulation and carbon burial in four hadal trench systems (2022)
  • 著者名/発表者名: Oguri K, Masque P, Zabel M, Stewart HA, MacKinnon G, Rowden AA, Berg P, WenzhUofer F, Glud RN
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Biogeosciences 巻: 127
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The hadal zone is an important and heterogeneous sink of black carbon in the ocean (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhang Xi、Xu Yunping、Xiao Wenjie、Zhao Meixun、Wang Zicheng、Wang Xuchen、Xu Liping、Luo Min、Li Xinxin、Fang Jiasong、Fang Yin、Wang Yasong、Oguri Kazumasa、Wenzh?fer Frank、Rowden Ashley A.、Mitra Siddhartha、Glud Ronnie N.
  • 雑誌名: Communications Earth & Environment 巻: 3 号: 1
  • DOI: 10.1038/s43247-022-00351-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Intra- and inter-spatial variability of meiofauna in hadal trenches is linked to microbial activity and food availability (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimabukuro M.、Zeppilli D.、Leduc D.、Wenzh?fer F.、Berg P.、Rowden A. A.、Glud R. N.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-022-08088-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sediment oxygen consumption: Role in the global marine carbon cycle (2022)
  • 著者名/発表者名: J?rgensen Bo Barker、Wenzh?fer Frank、Egger Matthias、Glud Ronnie N?hr
  • 雑誌名: Earth-Science Reviews 巻: 228 ページ: 103987-103987
  • DOI: 10.1016/j.earscirev.2022.103987
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High precipitation rates characterize biomineralization in the benthic foraminifer Ammonia beccarii (2022)
  • 著者名/発表者名: Geerken Esmee、de Nooijer Lennart、Toyofuku Takashi、Roepert Anne、Middelburg Jack J.、Kienhuis Michiel V.M.、Nagai Yukiko、Polerecky Lubos、Reichart Gert-Jan
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 318 ページ: 70-82
  • DOI: 10.1016/j.gca.2021.11.026
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hadal trenches are dynamic hotspots for early diagenesis in the deep sea (2021)
  • 著者名/発表者名: Glud Ronnie N.、Berg Peter、Thamdrup Bo、Larsen Morten、Stewart Heather A.、Jamieson Alan J.、Glud Anni、Oguri Kazumasa、Sanei Hamed、Rowden Ashley A.、Wenzh?fer Frank
  • 雑誌名: Communications Earth & Environment 巻: 2 号: 1
  • DOI: 10.1038/s43247-020-00087-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distribution, Source, and Burial of Sedimentary Organic Carbon in Kermadec and Atacama Trenches (2021)
  • 著者名/発表者名: Xu Yunping、Li Xinxin、Luo Min、Xiao Wenjie、Fang Jiasong、Rashid Harunur、Peng Yongbo、Li Wenpeng、Wenzh?fer Frank、Rowden Ashley A.、Glud Ronnie N.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Biogeosciences 巻: 126 号: 5
  • DOI: 10.1029/2020jg006189
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Eurythenes atacamensis sp. nov. (Crustacea: Amphipoda) exhibits ontogenetic vertical stratification across abyssal and hadal depths in the Atacama Trench, eastern South Pacific Ocean (2021)
  • 著者名/発表者名: Weston Johanna N. J.、Espinosa-Leal Liliana、Wainwright Jennifer A.、Stewart Eva C. D.、Gonz?lez Carolina E.、Linley Thomas D.、Reid William D. K.、Hidalgo Pamela、Oliva Marcelo E.、Ulloa Osvaldo、Wenzh?fer Frank、Glud Ronnie N.、Escribano Rub?n、Jamieson Alan J.
  • 雑誌名: Marine Biodiversity 巻: 51 号: 3
  • DOI: 10.1007/s12526-021-01182-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High mercury accumulation in deep-ocean hadal sediments (2021)
  • 著者名/発表者名: Sanei Hamed、Outridge Peter M.、Oguri Kazumasa、Stern Gary A.、Thamdrup Bo、Wenzh?fer Frank、Wang Feiyue、Glud Ronnie N.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-021-90459-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spatial variability of prokaryotic and viral abundances in the Kermadec and Atacama Trench regions (2021)
  • 著者名/発表者名: Schauberger Clemens、Middelboe Mathias、Larsen Morten、Peoples Logan M.、Bartlett Douglas H.、Kirpekar Finn、Rowden Ashley A.、Wenzh?fer Frank、Thamdrup Bo、Glud Ronnie N.
  • 雑誌名: Limnology and Oceanography 巻: 66 号: 6 ページ: 2095-2109
  • DOI: 10.1002/lno.11711
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Respiration by “marine snow” at high hydrostatic pressure: Insights from continuous oxygen measurements in a rotating pressure tank (2021)
  • 著者名/発表者名: Stief Peter、Elvert Marcus、Glud Ronnie N.
  • 雑誌名: Limnology and Oceanography 巻: 66 号: 7 ページ: 2797-2809
  • DOI: 10.1002/lno.11791
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Plankton respiration in the Atacama Trench region: Implications for particulate organic carbon flux into the hadal realm (2021)
  • 著者名/発表者名: Fern?ndez‐Urruzola Igor、Ulloa Osvaldo、Glud Ronnie N.、Pinkerton Matthew H.、Schneider Wolfgang、Wenzh?fer Frank、Escribano Rub?n
  • 雑誌名: Limnology and Oceanography 巻: 66 号: 8 ページ: 3134-3148
  • DOI: 10.1002/lno.11866
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anammox bacteria drive fixed nitrogen loss in hadal trench sediments (2021)
  • 著者名/発表者名: Thamdrup Bo、Schauberger Clemens、Larsen Morten、Trouche Blandine、Maignien Lois、Arnaud-Haond Sophie、Wenzh?fer Frank、Glud Ronnie N.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 号: 46
  • DOI: 10.1073/pnas.2104529118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Temperature effects on carbon mineralization of sinking copepod carcasses (2021)
  • 著者名/発表者名: Franco-Cisterna B、Stief P、Glud RN
  • 雑誌名: Marine Ecology Progress Series 巻: 679 ページ: 31-45
  • DOI: 10.3354/meps13907
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Microbial community structure in hadal sediments: high similarity along trench axes and strong changes along redox gradients (2021)
  • 著者名/発表者名: Schauberger Clemens、Glud Ronnie N.、Hausmann Bela、Trouche Blandine、Maignien Lois、Poulain Julie、Wincker Patrick、Arnaud-Haond Sophie、Wenzh?fer Frank、Thamdrup Bo
  • 雑誌名: The ISME Journal 巻: 15 号: 12 ページ: 3455-3467
  • DOI: 10.1038/s41396-021-01021-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Biodiversity and Distribution of Abyssal Benthic Foraminifera and Their Possible Ecological Roles: A Synthesis Across the Clarion-Clipperton Zone (2021)
  • 著者名/発表者名: Gooday Andrew J.、Lejzerowicz Franck、Goineau Aur?lie、Holzmann Maria、Kamenskaya Olga、Kitazato Hiroshi、Lim Swee-Cheng、Pawlowski Jan、Radziejewska Teresa、Stachowska Zofia、Wawrzyniak-Wydrowska Brygida
  • 雑誌名: Frontiers in Marine Science 巻: 8
  • DOI: 10.3389/fmars.2021.634726
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of a colossal slickhead (Alepocephaliformes: Alepocephalidae): an active-swimming top predator in the deep waters of Suruga Bay, Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Yoshihiro、Kawato Masaru、Poulsen Jan Yde、Ida Hitoshi、Chikaraishi Yoshito、Ohkouchi Naohiko、Oguri Kazumasa、Gotoh Shinpei、Ozawa Genki、Tanaka Sho、Miya Masaki、Sado Tetsuya、Kimoto Katsunori、Toyofuku Takashi、Tsuchida Shinji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 2490-2490
  • DOI: 10.1038/s41598-020-80203-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Massive occurrence of benthic plastic debris at the abyssal seafloor beneath the Kuroshio Extension, the North West Pacific (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakajima R, Tsuchiya M, Yabuki A, Masuda S, Kitahashi T, Nagano Y, IKuta T, Isobe N, Nakata H, Ritchie H, Oguri K, Osafune S, Kawamura K, Suzukawa M, Yamauchi T, Iijima K, Yoshida T, Chiba S, Fujikura K
  • 雑誌名: Marine Pollution Bulletin 巻: 166 ページ: 112188-112188
  • DOI: 10.1016/j.marpolbul.2021.112188
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Respiration by 'marine snow' at high hydrostaticpressur: Insights from continuous oxygen measurements in a rotating pressure tank. (2021)
  • 著者名/発表者名: Stief, P., Elvert M., RN Glud
  • 雑誌名: Limnology abd Oceanography 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distribution, source and burial of sedimentary organic carbon in Kermadec and Atacama Trenches: Insights on organic carbon heterogeneity in hadal trenches. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yungpin X, L Xinxin, M Lou, W Xiao, J Fang, H Rashid, Y Peng, W Li, Z Jia, F, Wenzhoefer, AA Rowden, RN Glud
  • 雑誌名: J Geophys. Res Biogeosci. 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Plankton respiration in the Atacama Trench region: Implications for particulate organic carbon flux into the hadal realm. (2021)
  • 著者名/発表者名: 11.Fernandez-Urruzola I, O Ulloa, RN Glud, MH Pinkerton, W Schneider, F Wenzhoefer, R Escribano
  • 雑誌名: Limnology and Oceanography 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Eurythenes hadalis sp. Nov. (Crustacea: Amphipoda) exhibit ontogenetic vertical stratification across abyssal and hadal depths of the Peru-Chile Trench, southeast Pacific Ocean. (2021)
  • 著者名/発表者名: 12.Weston JNJ, L Espinosa-Leal, JA Wainwright, ECD Stewart, TD Linley, WDK Reid, P Hidalgo, ME Oliva, O Ulloa, F Wenzhoefer, RN Glud, R Escribano, AJ Jamison
  • 雑誌名: Marine Biodiversity 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Meiofauna improve oxygenation and accelerate sulfide removal in the seasonally hypoxic seabed (2020)
  • 著者名/発表者名: Bonaglia Stefano、Hedberg Johanna、Marzocchi Ugo、Iburg Sven、Glud Ronnie N.、Nascimento Francisco J.A.
  • 雑誌名: Marine Environmental Research 巻: 159 ページ: 104968-104968
  • DOI: 10.1016/j.marenvres.2020.104968
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Glycerol dialkyl glycerol tetraethers in surface sediments from three Pacific trenches: Distribution, source and environmental implications (2020)
  • 著者名/発表者名: Xu Yunping、Jia Zehua、Xiao Wenjie、Fang Jiasong、Wang Yasong、Luo Min、Wenzh?fer Frank、Rowden Ashley A.、Glud Ronnie N.
  • 雑誌名: Organic Geochemistry 巻: 147 ページ: 104079-104079
  • DOI: 10.1016/j.orggeochem.2020.104079
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Bacterial diversity in deep-sea sediments under influence of asphalt seep at the Sao Paulo Plateau. (2020)
  • 著者名/発表者名: Queiroz, L.L., A. G. Bendia, R. T. D. Duarte, D. A. das Gracas, A. L. da Costa da Silva, C. R. Nakayama, P. Y. Sumida, A. O. S. Lima, Y. Nagano, K. Fujikura, H. Kitazato, and V. H. Pellizari,
  • 雑誌名: Antonie van Leeuwenhoek 巻: 113 ページ: 707-717
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deep-Sea Habitats and Megafauna on the Slopes of the Sao Paulo Ridge, SW Atlantic (2020)
  • 著者名/発表者名: Perez Jose Angel A.、Gavazzoni Lucas、de Souza Luis Henrique P.、Sumida Paulo Y. Gomes、Kitazato Hiroshi
  • 雑誌名: Frontiers in Marine Science 巻: 7
  • DOI: 10.3389/fmars.2020.572166
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Life and Element Cycling in the Deepest Trenches on Earth (2022)
  • 著者名/発表者名: Glud, RN
  • 学会等名: Gordon Research Conference, Ocean Biogeochemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pressure effects on diverse extracellular enzymes produced by heterotrophic microbial communitids in the ocean (2022)
  • 著者名/発表者名: Cadell,, S, Arnosti, C, Glud RN, Balmonte JP,
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Benthic oxygen consumption and carbon mineralization in hadal trenches. (2021)
  • 著者名/発表者名: RN Glud
  • 学会等名: Goldschmidt Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Microbial carbon and nitrogen mineralization in hadal sediments (2021)
  • 著者名/発表者名: RN Glud
  • 学会等名: Deep-sea Biolgoy Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Comparative biogeography of benthic foraminiferal communities among western Pacific hadal trenches (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Kitazato
  • 学会等名: Deep-sea Biolgoy Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Benthic carbon mineralization at Great Oceanic depth. (2021)
  • 著者名/発表者名: RN Glud
  • 学会等名: Int. Symp. Deep Sea Biogeochemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Life and element cycling in the deepest trenches on Earth (2021)
  • 著者名/発表者名: RN Glud
  • 学会等名: Microflora Danica Talk
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] From continental Shelf to Slope: Mapping the Oceanic Realm (2022)
  • 著者名/発表者名: Asch K, Kitazato H, Vallius H,
  • 総ページ数: 282
  • 出版者: Geological Society, London