海洋生態系の持続的な食物連鎖の維持と窒素・炭素安定同位体効果の関係

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K19862
• 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: 相田 真希 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(地球表層システム研究センター), グループリーダー代理 (90463091)
• 研究分担者: 石井 励一郎 総合地球環境学研究所, 研究基盤国際センター, 准教授 (40390710)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2022-03-31
• キーワード: 同位体効果 / アミノ酸組成 / 窒素・炭素安定同位体比 / 同位体濃縮 / 代謝理論モデル / マイワシ / カタクチイワシ / 給餌実験

研究実績の概要

栄養段階に伴うδ15N及びδ13Cの濃縮の変動について、捕食者の生理状態、餌と捕食者の筋肉のアミノ酸組成の差、この２つの要素について、①成魚を用いた飼育実験、②代謝理論モデルによる検証を、2019年度（令和元年度）に引き続き実施した。

①飼育実験：
同位体に対するターンオーバータイムが異なると考えられる２つの魚種、カタクチイワシ（ターンオーバータイムが1～2か月程度と比較的早い）、マイワシ（カタクチイワシに比べ、ターンオーバータイムが数か月程度と長い）の成魚を用いた給餌実験を2020年（令和2年）1月から4月まで実施し、完了した。餌を変えない区画（CTL区）と、CTL区の餌と同位体比が異なる区画（実験区）の2区画から、筋肉、生殖腺、脂肪、心臓、脳について約700検体を採取し凍結保管を行った。マイワシは、通常4月以降に産卵シーズンに入ることが知られているが、本実験で採取したCTL区内のマイワシ（メス）の生殖腺の湿重量について、1月から4月にかけて緩やかに増加している傾向が確認された。採取した試料は、2分割し、脱脂処理を施したものと未処理のもの、双方の炭素・窒素安定同位体比の分析を実施した。なお、分析は研究協力者：兵藤不二夫 准教授（岡山大学）のもとで行った。

②代謝理論モデル：代謝系のダイナミクスと炭素・窒素同位体効果についてタンパク質合成・分解素過程の代謝理論モデルを、特に魚類の代謝時の同位体濃縮効果が生殖腺発達時期における器官間の窒素移動特性を反映できるように改良した。①の飼育実験から得られる予定の時系列に沿った器官ごとの同位体比の変化について、生理学的な考察できることが見込まれる。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

炭素・窒素安定同位体比の分析は、試料採取後に岡山大学へ発送し、速やかに前処理と分析を行う予定であったが、コロナ感染拡大に伴う事業縮小により、分析完了が12月末までと大幅に遅延した。

今後の研究の推進方策

給餌実験で得られたカタクチイワシとマイワシの炭素・窒素安定同位体比（バルク）の解析を実施する。本実験で採取したマイワシについて、生殖腺（メス）の湿重量から成熟過程に移行していることが推察される。バルク同位体比の解析において、特徴的な傾向を捉えていると確認された場合、試料の一部を使ってアミノ酸分析まで発展させる。最終的には、飼育魚の筋肉中の炭素・窒素同位体比を調査解析すると共に、代謝理論モデルを組み合わせ、餌と捕食者間および食物連鎖における同位体比の濃縮率について考察する。

次年度使用額が生じた理由

2020年（令和2年）4月上旬に終了した給餌実験で採取した試料の同位体分析を速やかに実施する予定であったが、コロナ感染拡大に伴う事業縮小に伴い、同位体比の分析完了が2020年12月末と時間を要してしまった。得られた同位体比の解析を2021年（令和3年）度に実施すると共に、必要に応じてアミノ酸レベルの同位体分析を実施する。また、本課題で得られた成果を国内外の学会にて発表すると共に、論文投稿に向け準備を進める。