代謝プロセスに着目した生態系における一般炭素・窒素安定同位体動態機構モデルの構築

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26550091
• 研究機関: 総合地球環境学研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 相田 真希 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境観測研究開発センター, 技術主任 (90463091)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 生態系解析 / 代謝プロセスモデル / 安定同位体分析

研究実績の概要

ミトコンドリアを中心とするアミノ酸、糖、脂質の代謝プロセスにおいて、炭素、窒素の同位体効果が起こると考えられる重要な素過程を含む、定量的な動的数値モデル（Individual Based-model）を開発し、動物の採餌、成長、排泄などの生命活動によって引き起こされる両元素の同位体濃縮がおこる部位、タイミング、規模を連続して考察できることが可能になった。ただし、モデル内の各化学反応や、物質の移動の時間スケールについてはまだ不確実性が高いため、既往の分析結果を再現できる段階には達していない。探索的なパラメータの検討も含め、引き続き同モデルの高度化をすすめる。生理的素過程部分についての論文作成中である。
一方、従来の研究から示唆されてきた、季節変化に伴う両元素の同位体比のゆらぎが見られる理由については、今年度に予定していた、海洋生態系でのブルーミング期の植物プランクトン、動物プランクトンの分析は実現しなかったため、本研究による直接の知見は得られなかった。
動物の食物連鎖上の栄養段階は、種と、体サイズの両方に大きく依存するが、湖沼、海洋など水域生態系では後者への依存度が高いこと、また死亡率も体サイズに大きく依存し低下することに着目し、同位体比から推定されている栄養段階が、個体の成長と死亡により変動する種個体群のどのような特性を代表しうるのか、再検討することを開始した。本研究計画時には入っていなかった視点であるが、ある種が持つ生態系機能が従来の理解と異なるものを示す可能性をもつため重要であると考え取り組むこととした。

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

当初予定してた生物飼育実験と、海洋の動物のサンプリング・分析による、モデルの精緻なパラメータ取得と検証は、時間的制約から縮小したが、困難が生じ計画を変更したが、一方で、モデリングについては手法、視点とも新しいものが加わり、発展が見られるため。

今後の研究の推進方策

モデルのパラメーター取得については、上記の理由などにより一部計画をの変更余儀なくされるが、そこで昨予定であった時間と資源を、動物の個体内の生理学的素過程と、生活史を通した個体群として観測される同位体比と関連付けて考察するために、モデルのアウトプット部分の拡張を進める。

次年度使用額が生じた理由

モデル検証用同位体分析のサンプル取得に関して、今年度夏季に研究代表者の泌尿器急性疾患により今年度計画していた同時季の飼育系での魚類を用いた実験及の実施を見送らざるを得なかったため。

次年度使用額の使用計画

計画の一部変更を行い、モデル研究の拡張のために必要な、資料収集と議論に当てる。