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2018 年度 実施状況報告書

深海底生生物の多様化はプランクトン幼生分散によって引き起こされるのか?

研究課題

研究課題/領域番号 18K06401
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

渡部 裕美  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋生物多様性研究分野, 技術主任 (50447380)

研究分担者 中村 雅子  東海大学, 海洋学部, 講師 (50580156)
CHEN CHONG  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋生物多様性研究分野, 研究員 (50759602)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード生物多様性 / 海洋生物 / 遺伝的多様性
研究実績の概要

本研究では,海洋における生物の多様化機構の解明にむけて,主に固有種によって構成される深海化学合成生物群集のプランクトン幼生の分散,海域集団間の連結性および遺伝的多様性との相関解析,さらに固有種の成長に伴う内部構造の変化の解明を実施し,包括的に深海生物の多様化過程を明らかにすることを目的としている.
当初の計画通り,本年度は深海化学合成生物群集周辺海域において鉛直曳きプランクトンネットによって採集された標本の画像アーカイブを作成し,プランクトン幼生および関連するプランクトン群集の鉛直分布の一端を明らかにしシンポジウムにて成果を公表することができた(渡部ほか2019).深海化学合成生物群集周辺に設置した人工付着基盤上に付着した生物群集の解析からは,付着生物群集の時間的変遷や,カルデラ内個体群間の遺伝的均質性などを明らかにすることができた(Nakamura et al. 2018).一方で深海化学合成生物群集固有種であるヘイトウシンカイヒバリガイを用いた集団遺伝学的解析からは,バーコード領域として頻繁に用いられているミトコンドリアCOI遺伝子領域では確認できなかった集団間の遺伝的差異をゲノムワイドなSNPs解析から明らかにすることができた.この結果は,海洋物理モデルシミュレーションの結果とよく一致しており,メタ個体群の保全単位を知る上でSNPs解析の重要性を示している(Xu et al. 2018).シンクロトロンCTを用いた成長過程における生理的特徴の変化の観察からは,化学合成環境に移住する成長段階において,外部形態に変化がないものの体内が内部共生細菌を保有するために大く変化する現象をとらえ「隠れ変態 (cryptometamorphosis)」という新しい概念を提唱することができた (Chen et al. 2018).

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は,鉛直曳きプランクトンネットによって採集された標本の画像アーカイブを作成すること,またDNA塩基配列に基づきプランクトン幼生の種を同定しその分布を明らかにすること,底生生物の成長に伴う生理・生態的特徴の変化を明らかにすること,を計画し,これらをほぼ計画通りに遂行することができた.DNA抽出のために,エタノールで固定したプランクトン標本は乾燥しやすくソーティングの過程でメッシュや篩に付着するなど予期せぬ難点があったために作業に遅れが見られたものの,採集したプランクトンから深海化学合成生物群集固有種の受精卵や幼生の分布を明らかにすることができた(渡部ほか,2019).また,このような結果だけでなくプランクトン群集調査に標本の画像アーカイブを用いるという手法の有用性について,環境調査会社をはじめ幅広く伝えることができたと考えている.人為的に構築した深海熱水噴出噴出孔付近に設置した付着基盤上の生物群集は,天然環境に長く存在する熱水噴出域の生物群集と比較して種多様性は低いものの,同じカルデラ内では集団の遺伝的多様性には違いがないことなどを明らかにすることができた(Nakamura et al. 2018).研究協力者の研究成果と合わせ,プランクトン幼生の分散が海流による輸送に大きな影響を受けていることが明らかになった.シンクロトロンCTを用いた成長過程における生理的特徴の変化の観察からは,化学合成環境に移住する成長段階において,外部形態に変化がないものの体内が内部共生細菌を保有するために大く変化する現象をとらえ「隠れ変態 (cryptometamorphosis)」という新しい概念を提唱することができた (Chen et al. 2018).成長過程における内部構造の変化が生息環境の推定に有用であることを確認することができ,次年度以降の研究の基盤となる成果を得ることができたと考えている.

今後の研究の推進方策

現在のところ,次年度以降も当初の計画通り研究を遂行できることが予想されている.
次年度も引き続き,鉛直曳きプランクトンネットによって得られた標本を用いて,DNA塩基配列および形態情報に基づき深海底生生物由来のプランクトン幼生の分布の特徴を明らかにするとともに,既存の成体個体群標本を用いて集団遺伝学的解析から集団間の連結性や多様性を明らかにする.また,既存の標本を中心に生物群集のサイズ分布等から繁殖の頻度等,遺伝解析によって得られた相対的な推定値を現実的な値にするためのデータの取得も目指す.プランクトン幼生から着底幼稚体および成体への変態の過程で生じる生理・生態的な変化を明らかにするためのシンクロトロンCTを用いた生物の内部構造の三次元解析も引き続き実施し,生物分布の仕組みの理解に努める.
本研究では,当初の目的のとおり,生物の多様化が生み出した結果だけでなく多様化のプロセスを保全することによって海洋生態系の保全策を策定することが可能となるよう,海洋生物の多様化プロセスの解明に向けてデータを蓄積しつつ、成果の公表に努めたい。

次年度使用額が生じた理由

着底幼稚体の群集組成解析において見込んでいた物品費の一部が,既存の物品で賄えることが判明したため,次年度に効果的な作業を行うための物品の購入に充てることとした.

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] British Antarctic Survey/Queen's University Belfast(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      British Antarctic Survey/Queen's University Belfast
  • [国際共同研究] Woods Hole Oceanographic Institution(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Woods Hole Oceanographic Institution
  • [国際共同研究] 香港科技大学/香港浸会大学(その他の国・地域)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      香港科技大学/香港浸会大学
  • [雑誌論文] Spatial variability in recruitment of benthos near drilling sites in the Iheya North hydrothermal field in the Okinawa Trough2018

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Masako、Nakajima Yuichi、Watanabe Hiromi Kayama、Sasaki Takenori、Yamamoto Hiroyuki、Mitarai Satoshi
    • 雑誌名

      Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers

      巻: 135 ページ: 65~73

    • DOI

      10.1016/j.dsr.2018.03.009

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cryptic niche switching in a chemosymbiotic gastropod2018

    • 著者名/発表者名
      Chen Chong、Linse Katrin、Uematsu Katsuyuki、Sigwart Julia D.
    • 雑誌名

      Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences

      巻: 285 ページ: -

    • DOI

      10.1098/rspb.2018.1099

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Population genetic structure of the deep-sea mussel Bathymodiolus platifrons (Bivalvia: Mytilidae) in the Northwest Pacific2018

    • 著者名/発表者名
      Xu Ting、Sun Jin、Watanabe Hiromi K.、Chen Chong、Nakamura Masako、Ji Rubao、Feng Dong、Lv Jia、Wang Shi、Bao Zhenmin、Qian Pei-Yuan、Qiu Jian-Wen
    • 雑誌名

      Evolutionary Applications

      巻: 11 ページ: 1915~1930

    • DOI

      10.1111/eva.12696

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 画像解析技術を用いた深海底生生物群集の生活史調査2019

    • 著者名/発表者名
      渡部裕美,山本志乃,北橋倫,矢萩拓也,中村雅子,Lindsay Dhugal J,山本啓之
    • 学会等名
      ブルーアース・サイエンステク 2019
  • [学会発表] A 3D perspective on evolutionary adaptation2018

    • 著者名/発表者名
      Chen Chong
    • 学会等名
      15th Deep-Sea Biology Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Across-axis transition of hydrothermal vent fauna in southern Mariana Trough2018

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Hiromi K, Beaulieu Stace E, Pradillon Florence, Komaki Kana, Mills Susan, Seo MiHye, Ogura Tomomi, Hidaka Hiroka, Mino Sayaka Sasaki Takenori, Fujikura Katsunori, Ishibashi Jun-ichiro, Kojima Shigeaki
    • 学会等名
      15th Deep-Sea Biology Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] シンクロトロンCTで見る深海熱水巻貝ギガントぺルタの成長に伴う食性変化2018

    • 著者名/発表者名
      Chen Chong,植松勝之,Linse Katrin,Sigwart Julia D.
    • 学会等名
      日本貝類学会 平成30年度大会

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公開日: 2019-12-27  

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