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2016 年度 実施状況報告書

風送エアロゾルが攪乱する海洋微生物生態:船舶を利用した洋上培養実験

研究課題

研究課題/領域番号 26340049
研究機関金沢大学

研究代表者

牧 輝弥  金沢大学, 物質化学系, 准教授 (70345601)

研究分担者 石川 輝  三重大学, 生物資源学研究科, 教授 (00273350)
青木 一真  富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 教授 (90345546)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワード海洋影響 / エアロゾル / 黄砂 / PM2.5 / 植物プランクトン / 海洋微生物 / 二酸化炭素軽減 / 地球温暖化
研究実績の概要

研究目的:中国砂漠地域を起源とする黄砂粒子や中国都市部で発生する大気汚染粒子(PM2.5) などの大気粒子(エ アロゾル)に は,無機物(鉱物)や有機物(生物成分)が含まれ,大陸から外洋へと長距離輸送され,その海洋影響評価は極めて重要な課題である。海洋に沈着したエアロ ゾルから溶出した化学成分は,植物プランクトンや細菌などの栄養塩(リンやチッ素など)や必須微量元素(鉄や亜鉛など)となり,その増殖を促す反面,有害金属(Cu, Pbなど)が微生物の増殖 を抑制する場合もある。現在,合衆国と日本の多くの研究グループが,環境実測データ(化学分析,衛生データ等)を使ったモデル計算によるシミュレーションで大気・海洋研究を進めている。
実施内容:これに対し,申請者らの調査研究では,山岳積雪および大気観測の野外調査において,中国から飛来するエアロゾル(黄砂と汚染粒子)の粒子試料を捕集し,太平洋沖合の海水に添加培養する船舶洋上実験を実施することで,黄砂と汚染粒子が海洋微生物へ及ぼす影響を直接検証することを試みた。この結果,大気粒子(特に汚染粒子)から溶出する硝酸・有機物が,植物プランクトン(大型珪藻)の増殖を著しく促進させることが実証された。海洋と気象の条件が揃えば,越境エアロゾルが一次生産者を大きく変動させる潜在的な影響力があると言える。さらに,最先端の遺伝子解析技術である次世代シーケンサーを導入し,「海洋細菌への動態影響」を評価した結果,大気試料を添加した海水では,低栄養細菌が減少し,有機物を分解する細菌群が増殖することが判った。さらに,コンピュータを駆使した解析(バイオインフォマティクス解析)を用いて,海水と大気粒子自体に含まれる微生物(バイオエアロゾル)を解析したところ,膨大未知な細菌群(400種以上)が大気を介して海洋へと沈着し,海水中の微生物群集構造が大きく変化することを実証した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

これまでの洋上培養実験で得られた試料の解析を終え、得られた実験データの解析を進め,論文にまとめる段階にある。解析結果は良好であり、「沈着エアロゾルによる海洋微生物が増殖する」という現象を確実に実証することに成功した。すでに,2回分の観測に関する成果は、それぞれの観測単独で,国内学会誌である日本海水学会誌と国際学術誌Deep Sea Research Iに掲載された。ただし,次世代シーケンサーでの解析を導入し、既存の実験データを,コンピュータを駆使して解析(バイオインフォマティクス解析)したところ、遺伝子データが膨大なため,複数回の観測データ(過去6回分)を総括するのに時間がかかり,助成期間内にはまとめきれなかった。

今後の研究の推進方策

次世代シーケンサーは,従来の遺伝子解析に較べ1000倍から100000倍の遺伝子情報を提供し,海水中の膨大未知な細菌群に関する遺伝子データベースが得られる。主立った細菌種(優占種)については直感的に考察できるが,マイナーな種(非優占種)については,コンピュータを駆使した解析(バイオインフォマティクス解析)で詳細に解析すれば,新たな発見に繋がる。しかも,エアロゾルの移入によって海水へと混入する「大気浮遊微生物」を解析するにも,次世代シーケンサーが有用であり,エアロゾルに含まれる膨大未知な微生物群の理解にも解析が不可欠となる。今後,山岳・大気観測調査および海洋実験調査を続けながら,複数回の観測で収集される膨大な遺伝子データと環境因子データを解析し,「エアロゾルの海洋細菌への動態影響」に関する学術的な一般論を導き出す。

次年度使用額が生じた理由

本研究では,春季に立山山岳(富山県)から積雪試料を採取し,実験に使用する必要がある。しかし,平成28年度「日本学術振興会,頭脳循環を加速する戦略的国際研究ネットワーク推進プログラム」に,海外派遣者として採択され,昨年春にニュージーランドに長期滞在する必要が生じ,積雪試料を得ることが叶わなかった。そのため,研究の遅延が生じ,平成29年度春季に立山山岳で調査を再度実施し,研究完遂に望む。

次年度使用額の使用計画

立山積雪および海水試料に含まれる微生物の群集構造を解析するため,次世代シーケンス解析費に研究費を主に使用する。

  • 研究成果

    (38件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 5件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 9件、 招待講演 5件) 図書 (2件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] オークランド工科大学(ニュージーランド)

    • 国名
      ニュージーランド
    • 外国機関名
      オークランド工科大学
  • [国際共同研究] 中国科学院(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      中国科学院
  • [雑誌論文] Germination fluctuation of toxic Alexandrium fundyense and A. pacificum cysts and the relationship with bloom occurrences in Kesennuma Bay, Japan2017

    • 著者名/発表者名
      Natsuike, M., Yokoyama, K., Nishitani, G., Yamada, Y., Yoshinaga, I., Ishikawa, A.
    • 雑誌名

      Harmful Algae

      巻: 62 ページ: 52-59

    • DOI

      10.1016/j.hal.2016.11.018

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of the toxicity of a Kosa (Asian duststorm) event from view of food poisoning: observation of Kosa cloud behavior and real-time PCR analyses of Kosa bioaerosols during May 2011 in Kanazawa, Japan2016

    • 著者名/発表者名
      F. Kobayashi, K. Iwata, T. Maki, M. Kakikawa, T. Higashi, M. Yamada, T. Ichinose, Y. Iwasaka
    • 雑誌名

      Air Quality, Atmosphere and Health

      巻: 9(1) ページ: 3-14

    • DOI

      OI10.1007/s11869-015-0333-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Atmospheric bioaerosols originating from Adelie penguins (Pygoscelis adeliae): ecological observations of airborne bacteria at Hukuro Cove, Langhovde, Antarctica2016

    • 著者名/発表者名
      F. Kobayashi, T. Maki, M. Kakikawa, T. Noda, H. Mitamura, A. Takahashi, S. Imura, Y. Iwasaka
    • 雑誌名

      Polar Science

      巻: 10(1) ページ: 71-78

    • DOI

      10.1016/j.polar.2015.12.002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Variations of ice nuclei concentration induced by rain and snowfall 1 within a local forested site in Japan2016

    • 著者名/発表者名
      Hara, T. Maki, F. Kobayashi, M. Kakikawa, M. Wada, A. Matsuki
    • 雑誌名

      Atmospheric Environment

      巻: 127 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1016/j.atmosenv.2015.12.009

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 中国大陸からの越境エアロゾルが貧栄養海域微生物に及ぼす生態学的影響の解明:太平洋沖合の海水を用いた洋上培養実験2016

    • 著者名/発表者名
      朝日裕也, 牧 輝弥, 石川 輝, 松永智樹, 渡辺幸一, 青木一真, 堀内 周, 長谷川 浩, 岩坂泰信
    • 雑誌名

      日本海水学会

      巻: 70 ページ: 28-40

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of different temperature treatments on biological ice2016

    • 著者名/発表者名
      K. Hara, T. Maki, M. Kakikawa, F. Kobayashi, A. Matsuki
    • 雑誌名

      Atmospheric Environment

      巻: 140 ページ: 415-419

    • DOI

      org/10.1016/j.atmosenv.2016.06.011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Variations in the structure of airborne bacterial communities in Tsogt-Ovoo of Gobi Desert area during dust events2016

    • 著者名/発表者名
      T. Maki, Y. Kurosaki, K. Onishi, K.C. Lee, S.B. Pointing, D. Jugder, N. Yamanaka, H. Hasegawa, M. Shinoda
    • 雑誌名

      Air Quality, Atmosphere and Health

      巻: 10(3) ページ: 249-260

    • DOI

      10.1007/s11869-016-0430-3

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Atmospheric aerosol deposition influences marine microbial communities in oligotrophic surface waters of the western Pacific Ocean.2016

    • 著者名/発表者名
      T. Maki, A. Ishikawa, T. Mastunaga, S.B. Pointing, Y. Saito, T. Kasai, K. Watanabe, K. Aoki, A. Horiuchi, K.C. Lee, H. Hasegawa, Y. Iwasaka
    • 雑誌名

      Deep-Sea Research Part I

      巻: 118 ページ: 37-45

    • DOI

      10.1016/j.dsr.2016.10.002

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Variations of airborne bacterial communities at high altitudes in response dust events, over Asian-dust downwind area (Japan).2016

    • 著者名/発表者名
      T. Maki, K. Hara, A. Iwata, K.C. Lee, K. Kawai, K. Kai, F. Kobayashi, S.B. Pointing, S. Archer, H. Hasegawa, Y. Iwasaka
    • 雑誌名

      Atmospheric Chemistry and Physics discussion

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.5194/acp-2016-1095

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] プロダクトイノベーション:「そらなっとう」開発秘話:空飛ぶ納豆菌はなぜ発見されたのか?2016

    • 著者名/発表者名
      牧輝弥,岩坂泰信,吉田圭吾,小林史尚,河合賢人,市瀬孝道
    • 雑誌名

      化学と生物

      巻: 54(4) ページ: 289-293

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Silica-carrying particulate matter enhances Bjerkandera adusta-induced murine lung eosinophilia.2016

    • 著者名/発表者名
      He M, Ichinose T, Liu B, Song Y, Yoshida Y, Kobayashi F, Maki T, Yoshida S, Nishikawa M, Takano H, Sun G.
    • 雑誌名

      Environ Toxicol

      巻: 31(1) ページ: 93-105

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Long-range atmospheric transport of volatile monocarboxylic acids with Asian dust over a high mountain snow site, central Japan2016

    • 著者名/発表者名
      Mochizuki, T., K.Kawamura, K.Aoki, and N. Sugimoto
    • 雑誌名

      Atmos. Chem. Phys.

      巻: 16 ページ: 14621-14633

    • DOI

      10.5194/acp-16-14621-2016, 2016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydroxy fatty acids in snow pit samples from Mount Tateyama in central Japan: Implications for atmospheric transport of microorganisms and plant waxes associated with Asian dust,2016

    • 著者名/発表者名
      Tyagi, P., K. Kawamura, S. Bikkina, T. Mochizuki, and K. Aoki
    • 雑誌名

      J. Geophys. Res. Atmos.

      巻: 121 ページ: -

    • DOI

      10.1002/2016JD025340.

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Water-Soluble Organic Nitrogen in High Mountain Snow Samples from Central Japan.2016

    • 著者名/発表者名
      Mochizuki, T., K.Kawamura, K.Aoki
    • 雑誌名

      Aerosol and Air Quality Research

      巻: 16 ページ: 632-639

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 弥陀ヶ原火山の噴気活動による立山・室堂平の積雪化学への影響について2016

    • 著者名/発表者名
      渡辺幸一、平井泰貴、中川佳祐、小川厚次、上原佳敏、朴木英治、島田亙、青木一真、川田邦夫
    • 雑誌名

      雪氷

      巻: 78 ページ: 307-315

    • 査読あり
  • [学会発表] バイオエアロゾル (大気中の微生物)の現地観測2017

    • 著者名/発表者名
      牧輝弥
    • 学会等名
      JSPS研究拠点形成事業 公開セミナー
    • 発表場所
      愛知県 名古屋大学
    • 年月日
      2017-02-23
  • [学会発表] 東アジアにおけるバイオエアロゾルの細菌群集構造の変化2017

    • 著者名/発表者名
      牧輝弥
    • 学会等名
      第10回大気バイオエアロゾルシンポジウム
    • 発表場所
      石川県 金沢大学サテライトプラザ
    • 年月日
      2017-02-20
  • [学会発表] Long-term and spatial variability of Aerosol optical properties measured by sky radiometer in Japan site2016

    • 著者名/発表者名
      Aoki, K.
    • 学会等名
      AGU FALL MEETING 2016
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2016-12-16
    • 国際学会
  • [学会発表] 空飛ぶ菌から納豆『そらなっとう』開発秘話2016

    • 著者名/発表者名
      牧輝弥
    • 学会等名
      平成27年度北陸4大学連携まちなかセミナー
    • 発表場所
      福井県 福井大学アカデミーホール
    • 年月日
      2016-11-03
    • 招待講演
  • [学会発表] 風で運ばれる微生物たち2016

    • 著者名/発表者名
      牧輝弥
    • 学会等名
      第19回全国風サミット in 珠洲
    • 発表場所
      石川県 ラポルトすず
    • 年月日
      2016-10-28
    • 招待講演
  • [学会発表] 黄砂・PM2.5の沈着地におけるバイオエアロゾルの微生物群集構造の変化2016

    • 著者名/発表者名
      牧輝弥、笹川修太郎、石丸佳苗、長谷川浩,黒崎泰典,大西一成,洪天祥,陳彬,岩坂泰信
    • 学会等名
      日本微生物生態学会 第31 回大会
    • 発表場所
      神奈川県 横須賀市文化会館
    • 年月日
      2016-10-23
  • [学会発表] Temporal and spatial variability of Aerosol optical properties retrieval from sky radiometer observation in Japan site2016

    • 著者名/発表者名
      Aoki, K.
    • 学会等名
      AeroCom&AeroSAT2016
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2016-09-22
    • 国際学会
  • [学会発表] 黄砂鉱物粒子が外洋の植物プランクトン群集の動態に及ぼす影響2016

    • 著者名/発表者名
      石川輝、笠井智顕、牧輝弥
    • 学会等名
      日本プランクトン学会・日本ベントス学会合同大会
    • 発表場所
      熊本県 熊本県立大学
    • 年月日
      2016-09-09
  • [学会発表] Lecture for the investigation of atmospheric bioaerosols2016

    • 著者名/発表者名
      T. Maki
    • 学会等名
      Third JSPS Seminar
    • 発表場所
      Ulaanbaatar, Mongolia
    • 年月日
      2016-08-11
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Origins of airborne bacterial communities in bioaerosols transported from Gobi Desert area by dust events2016

    • 著者名/発表者名
      Teruya Maki, Yasunori Kurosaki, Kazunari Onishi, Fumihisa Kobayashi, Kenji Kai, Kevin Lee, Stephen Pointing, Dulam Jugder, Masato Shinoda and Yasunobu Iwasaka
    • 学会等名
      Third JSPS Seminar
    • 発表場所
      Ulaanbaatar, Mongolia
    • 年月日
      2016-08-09
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effects of Aerosol optical properties measured by ground-based remote sensing2016

    • 著者名/発表者名
      Aoki, K.
    • 学会等名
      ISEE-ISES AC2016
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2016-06-28
    • 招待講演
  • [学会発表] The effects of Asian dust events on Variations in airborne bacterial communities at high altitudes over a downwind area, Noto Peninsula, Japan2016

    • 著者名/発表者名
      T. Maki, A. Maekawa, F. Kobayashi, K. Hara, A. Matsuki, A. Iwata, K. Kai, B. Chen, G. Shi, Y. H. Kim, C.S. Hong, and Y. Iwasaka
    • 学会等名
      Dust2016, International Conference on Atmospheric Dust
    • 発表場所
      Castellaneta Marina, Italy
    • 年月日
      2016-06-12
    • 国際学会
  • [学会発表] Pelagic protists feeding on pico-cyanobacteria and their chlorophyll catabolisms2016

    • 著者名/発表者名
      Shihongi, A., Kinoshita, Y., Ishikawa, A., Tamiaki, H., Kashiyama, Y.
    • 学会等名
      Protist-2016 (International Society of Protistlogists),
    • 発表場所
      Moscow
    • 年月日
      2016-06-06 – 2016-06-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Variations in the structure of airborne bacterial communities in Gobi desert area during a dust event2016

    • 著者名/発表者名
      T. Maki, Y. Kurosaki, K. Onishi, N. Yamanaka, M. Shinoda, F. Kobayashi, Y. Iwasaka
    • 学会等名
      The 8th International Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall
    • 発表場所
      Lisbon, Portugal
    • 年月日
      2016-05-03
    • 国際学会
  • [学会発表] The Effects of Airborne Bacteria within Asian Duststorm (Kosa bioaerosols) on the Forest Ecosystem: Wood Decay and Growth of Pinewood Nematode by Kosa Bioaerosol2016

    • 著者名/発表者名
      F. Kobayashi, D. Akaishi, T. Maki, M. Kakikawa, A. Matsuki, Y. Iwasaka
    • 学会等名
      The 8th International Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall
    • 発表場所
      Lisbon, Portugal
    • 年月日
      2016-05-03
    • 国際学会
  • [学会発表] Microorganisms Transported Long-range in the Free Atmosphere over North-East Asia2016

    • 著者名/発表者名
      Y.Iwasaka, T.Maki, F.Kobayashi, M.Kakikawa, A.Matsuki
    • 学会等名
      8th International Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall
    • 発表場所
      Lisbon, Portugal
    • 年月日
      2016-05-02 – 2016-05-05
    • 国際学会
  • [図書] 有害有毒プランクトンの科学,今井一郎他編2016

    • 著者名/発表者名
      石川輝、石井健一郎
    • 総ページ数
      340
    • 出版者
      恒星社厚生閣
  • [図書] 低温環境の科学事典,河村公隆他編2016

    • 著者名/発表者名
      牧輝弥
    • 総ページ数
      432
    • 出版者
      朝倉書店
  • [備考] バイオエアロゾル研究会

    • URL

      https://bioaerosol.jimdo.com/

  • [備考] 金沢大学 教員情報データベース

    • URL

      http://ridb.kanazawa-u.ac.jp/public/detail.php?id=3589

  • [備考] 分析・環境化学研究室

    • URL

      http://araim.ch.t.kanazawa-u.ac.jp/

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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