IRMSによる微小領域安定同位体比分析：境界領域への深化と絶対変動解析への展開

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02944
• 研究機関: 茨城工業高等専門学校
• 研究代表者: 石村 豊穂 茨城工業高等専門学校, 国際創造工学科, 准教授 (80422012)
• 研究分担者: 坂井 三郎 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 (90359175)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 有孔虫 / 水温指標 / 耳石 / 炭酸カルシウム / 絶対環境指標 / 安定同位体比 / 微量分析 / IRMS

研究実績の概要

これまでに世界最高水準の安定同位体比分析計(IRMS)を用いた炭酸塩の超高解像度環境解析の研究基盤（MICAL3c）を確立し，複数の共同研究を伴う積極的な応用研究を開始してきた．本研究課題は，（1）これまでの相対変動解析を主体とした生物源炭酸塩の安定同位体比による環境変動解析から，海洋そのものの同位体値復元に基づく絶対変動解析への変革を推進すること，そのために（2）境界領域・複合分野へ分析技術の適用範囲を広げ，特に水産学分野への展開を加速し，（3）世界唯一の分析技術に対する国内外の幅広い需要に応えるために確固 たる研究基盤を維持発展させることを本研究の目的としている．
今年度は上記の目的のもと，微量炭酸塩分析を魚類耳石や岩石試料の応用研究へと展開するにあたって，生物源炭酸塩切削・分析技術のノウハウの蓄積を推進し，微小領域切削における切削位置の選定と得られる同位体比の信頼性評価をおこなった．特に生物源炭酸塩の微量分析では，得られたデータが研究対象を代表して議論できるデータかどうかの評価が絶対変動解析をおこなう上での鍵となる．そのため，研究対象の個体分散に関わる評価をおこない．地質試料・魚類耳石それぞれに関して，個別の研究成果として報告するに至っている．
また，炭酸塩安定同位体比分析の高度化と総合分析体制の構築も順調で， 2016年にIAEAからリリースされた新たな国際標準物質の均質性評価をおこなうなど国際貢献にもつながっており，IAEAの同位体研究指針に対しても標準物質の不確実性に関わる提言をする結果となった．一方で炭酸塩の環境指標としての評価には周辺水の安定同位体組成の評価が必須である．そこで海水試料の分析にはキャビティリングダウン分光方式安定同位体比分析装置（CRDS: Picarro L2130-i）を導入して分析体制の高度化と高精度化を推進した．

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

同位体分析装置の高度化に関わる真空ポンプ類の調達が納期の関係で遅くなり分析システムの高度化が若干遅れたが，研究成果は順調に得られた．微量炭酸塩安定同位体比分析システムを用いた研究成果は多岐にわたり，本年度は地質学・古生物学・水産学・分析化学に関わる論文５本，学会発表１５件を公表した． 特に水産分野では耳石同位体研究のレビュー論文２編，応用論文１編を共同で報告するにいたった．共同研究依頼も増加し，本年度ものべ115人の外部の研究者・学生を受け入れ，我々の分析技術を活用した共同研究以来への応答は順調に進み，個別の研究成果へと結び付きつつある．

今後の研究の推進方策

今後も分析システムの最適化を継続し，高精度の微量炭酸塩安定同位体比分析を維持するため，システムの調整と消耗部品の定期交換をおこなう．信頼保証を与えることができる．また，分野横断的に新たな研究対象への応用提言を強化し，共同研究提案には積極的に協力する．炭酸塩同位体研究を議論する上で不可欠な，水の同位体比分析も高度化を進め，生物源炭酸塩の同位体値を高精度に評価し，絶対環境指標の獲得をめざす.
また，微小領域切削技術を活用し，魚類耳石の成長輪をこれまでにない高解像度・高精度で切削し安定同位体比を測定することに成功し，現在複数の研究グループと共同研究を推進しており，技術の最適化と応用研究を加速する.

研究成果

• [雑誌論文] 気候変動が水産資源の変動に与える影響を理解する上での問題点と今後の展望 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤進一・船本鉄一郎・志田修・上村泰洋・高橋素光・白井厚太朗・樋口富彦・小松幸生・横井孝暁・坂本達也・Guo Chen-ying・石村豊穂
  • 雑誌名: 海の研究 巻: 27 ページ: 59-73
  • DOI: 10.5928/kaiyou.27.1_59
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ecological and genomic profiling of anaerobic methane-oxidizing archaea in a deep granitic environment (2017)
  • 著者名/発表者名: Ino, K., Hernsdorf, A. W., Konno, U., Kouduka, M., Yanagawa, K., Kato, S., Sunamura, M., Hirota, A., Togo, Y. S., Ito, K., Fukuda, A., Iwatsuki, T., Mizuno, T., Komatsu, D. D., Tsunogai, U., Ishimura, T., Amano, Y., Thomas, B. C., Banfield, J. F., and Suzuki, Y
  • 雑誌名: ISME Journal 巻: 12 ページ: 31-47
  • DOI: 10.1038/ismej.2017.140
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Grain-scale stable carbon and oxygen isotopic variations of the international reference calcite, IAEA-603 (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishida, K. and Ishimura, T
  • 雑誌名: Rapid Communications in Mass Spectrometry 巻: 31 ページ: 1875-1880
  • DOI: 10.1002/rcm.7966
  • 査読あり
• [雑誌論文] 耳石の元素・同位体比分析による回遊生態研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 横内一樹,天野洋典,石村豊穂,白井厚太朗
  • 雑誌名: 水産海洋研究 巻: 81 ページ: 189-202
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Temperature dependence of d18O in otolith of juvenile Japanese sardine: laboratory rearing experiment with micro-scale analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Sakamoto, Kosei Komatsu, Michio Yoneda, Toyoho Ishimura, Tomihiko Higuchi, Kotaro Shirai, Yasuhiro Kamimura, Chikako Watanabe, Atsushi Kawabata
  • 雑誌名: Fisheries Research 巻: 194 ページ: 55-59
  • DOI: 10.1016/j.fishres.2017.05.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 魚類耳石の酸素・炭素安定同位体比に記録された成長初期の環境・生態履歴―仔稚魚期イワシ類を例に― (2018)
  • 著者名/発表者名: 西田 梢・安 彩伽・南條暢聡・高橋素光・石村豊穂
  • 学会等名: 古生物学会
• [学会発表] Analysis for Morphology, biological Species, and stable Isotopes (SAMSI) of single?cell planktonic foraminifer (2017)
  • 著者名/発表者名: Yurika Ujiie, Katsunori Kimoto, Toyoho Ishimura
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] サンゴ骨格中Sr/Ca比とδ18Oを用いたインドネシア・セリブ諸島周辺の海洋環境復元 (2017)
  • 著者名/発表者名: 源田亜衣・鈴木淳・石村豊穂・池原実・井上麻夕里
  • 学会等名: 地球環境史学会年会
• [学会発表] カリフォルニアマイワシの仔稚魚期の回遊と水温-成長関係 (2017)
  • 著者名/発表者名: 坂本達也・小松幸生・高橋素光・樋口富彦・白井厚太朗・石村豊穂
  • 学会等名: 水産海洋学会
• [学会発表] 耳石酸素安定同位体比を用いたマサバの成育環境推定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤進一・上村泰洋・樋口富彦・石村豊穂・進藤花・西田梢・白井厚太朗・小松幸生・渡邊千賀子・由上龍嗣
  • 学会等名: 水産海洋学会
• [学会発表] マサバ耳石の酸素同位体分析による環境履歴推定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 樋口 富彦・石村 豊穂・上村 泰洋・白井 厚太朗・進藤 花・西田 梢・小松 幸生・伊藤 進一
  • 学会等名: 海洋学会
• [学会発表] 対馬暖流域の表面海水の酸素同位体比と塩分：時空変動の解明に向けた広域調査の展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石村豊穂・小出晃士・北島 聡・後藤常夫・森本晴之・ 児玉武稔・西田梢
  • 学会等名: 日本地球化学会
• [学会発表] 魚類耳石の酸素・炭素安定同位体比に記録された成長初期の環境・生態履歴―仔稚魚期イワシ類を例に― (2017)
  • 著者名/発表者名: 西田 梢・安 彩伽・南條暢聡・高橋素光・石村豊穂
  • 学会等名: 日本地球化学会
• [学会発表] 日本海マイワシ耳石の超高解像度切削と微量安定同位比分析の実現 ～回遊経路と資源量の推定に向けて～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 青野智哉・大内翔・尾田昌紀・安田十也・南條暢聡・高橋素光・西田梢・坂井三郎・石村豊穂
  • 学会等名: 日本地球化学会
• [学会発表] 炭素・酸素安定同位体比分析システムMICAL3cを活用した微量海水・生物体液試料の分析手法の開発―Metabolic effectの解明に向けて― (2017)
  • 著者名/発表者名: 西田 梢・石村豊穂
  • 学会等名: 古生物学会
• [学会発表] 微量炭酸塩分析システムを活用した新規国際標準試料IAEA-603とNBS19の酸素・炭素同位体比の比較 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kozue Nishida, Toyoho Ishimura
  • 学会等名: JpGU-AGU joint meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Paleoecology of serpulid worm tubes in the Late Cretaceous Sada Limestone seep deposits in southwestern Shikoku, Japan (2017)
  • 著者名/発表者名: 延原 尊美、松村 佳代子、近藤 康生、石村 豊穂、井尻 暁、角皆 潤、Olev Vinn、Kiel Steffen、Crispin Little
  • 学会等名: JpGU-AGU joint meeting
  • 国際学会
• [学会発表] New method for triple combined analyses: gene, morphology, and isotopes, from a single planktonic foraminifer (2017)
  • 著者名/発表者名: Yurika Ujiie, Toyoho Ishimura, Katsunori Kimoto
  • 学会等名: JpGU-AGU joint meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 始新世／漸新世境界の南極氷床形成時における海水温の季節変動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木野佳音，守屋和佳，金子詩歩，石村豊穂
  • 学会等名: JpGU-AGU joint meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Reproducing migration history of Japanese sardine using otolith d18O and a data assimilation model (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, K. Komatsu, K. Shirai, Y. Kamimura, C. Watanabe, A. Kawabata, M. Yoneda, T. Ishimura, T. Higuchi, T. Setou, M. Shimizu
  • 学会等名: JpGU-AGU joint meeting
  • 国際学会 / 招待講演