プレスリリース


プレスリリース

2008年08月01日
独立行政法人海洋研究開発機構
国立大学法人京都大学

グローバルに分布するクロロフィルd
〜近赤外線を用いた光合成の重要性〜

概要

独立行政法人海洋研究開発機構(理事長 加藤康宏)地球内部変動研究センター(センター長 深尾良夫)と国立大学法人京都大学(学長 尾池和夫)は、世界各地で採取された海底堆積物および湖沼堆積物を分析し、これら全てにクロロフィル※1dおよびその分解生成物が含まれていることを発見しました。これは、クロロフィルdを合成する光合成生物が、地球上のあらゆる水界中に普遍的に分布していることを示唆しています。

クロロフィルdは、他の光合成色素が吸収できない波長700〜750nmの近赤外光を吸収します。したがって、今回の発見は、近赤外光が光合成に利用され、地球上の炭素循環※2を駆動する原動力として無視できないことを示しています。これまでの研究ではクロロフィルdが普遍的に存在していることは知られておらず、地球表層における光エネルギー利用に関するこれまでの常識を覆す結果です。

なお、この結果は、8月1日(米国東部時間)に米国科学誌Scienceに掲載されます。

背景

クロロフィルdは、1996年に「新しいクロロフィル」として、珊瑚礁域に生息するホヤに共生するシアノバクテリア※3の1種Acaryochloris marinaから、本研究の共同研究者でもある、京都大学の宮下英明准教授によって報告されました。

これまでの研究によると、このクロロフィルdは海洋の非常に限定された海域にしか見出されておらず、地球上における生物生産における役割は、無視できるほど小さいと考えられてきました。

海洋研究開発機構は、中期計画に基づく研究および京都大学との独立行政法人科学技術振興機構のCREST研究(「各種安定同位体比に基づく流域生態系の健全性/持続可能性指標の構築」代表:永田俊)の一環として共同で試料採取を行い、クロロフィルdのグローバルな分布や存在量について、より定量的な解析を進めてきました。

内容と成果

海洋研究開発機構と京都大学は、極域から温帯域にいたるまでの海底堆積物(北極海、ベーリング海、内浦湾、大槌湾、相模湾、東京湾)および各種湖(琵琶湖と南極の塩湖(ふなぞこ池)および淡水湖(すりばち池))の堆積物について、高速液体クロマトグラフィー※4を用いて分析した結果、クロロフィルdおよびその分解生成物(フェオフィチンd,パイロクロロフィルd,パイロフェオフィチンd)が全ての堆積物に含まれていることを発見しました。

上述のクロロフィルdおよび分解生成物の濃度は、クロロフィルaに比べると最大で4%程度にしかすぎませんが、クロロフィルdは,他のクロロフィル(a, b, c)では利用できない700〜750nmの波長をもつ近赤外光を利用するという特徴をもっていることが分かっており、これまで光合成には、利用されていないと考えられてきた近赤外光が、実は光合成に利用され、かつ、地球上の炭素循環に影響を及ぼしていたことが明らかになりました。

今後期待される成果

今後は、地球上の水界に普遍的に生息し,クロロフィルdを生合成する光合成生物種の特定を遺伝子レベルで行う予定です。

現時点では、Acaryochloris marina以外にクロロフィルdを合成するシアノバクテリア種は知られていませんが、他の種がクロロフィルdを合成する可能性についても調査します。この知見は、クロロフィルの進化および光合成の進化を考えるうえで、重要な情報をもたらすものと考えられます。さらに、クロロフィルdが,海洋や湖沼における生物生産にどの程度寄与しているのか、また、炭素循環にどの程度寄与しているのかについて、さらに定量的な推定を行い、地球環境変動の解明の一助とします。また,水域における一次生産(光合成)活性の新しい指標(バイオマーカー)としての利用の可能性を探ります。

用語説明

※1 クロロフィル

クロロフィルは、光合成の反応で光エネルギーを吸収する役割をもつ化学物質。

光合成は光エネルギーを用いて,水と二酸化炭素から有機物を合成するプロセスであり、この光エネルギーを集めるアンテナの役目を果たしているのがクロロフィルである。それらは発見された順番に、クロロフィルaからdまで4種類に分けられる。クロロフィルdによる光合成に関する研究は、日本発というだけでなく、その後も日本が世界をリードし続けている。

※2 炭素循環

地球環境を形成している大気圏・海洋圏・生物圏などにおいて、炭素原子が様々な化合物の形で、様々なプロセスを通して行き来すること。地球温暖化の原因である大気中の二酸化炭素はその一形態であり、光合成はそれを大気圏から生物圏へと移動させるプロセスの一つである。

※3 シアノバクテリア

酸素発生型の光合成を行う原核生物。浮遊性から付着性まで多様な生態を示す。過去、「藍藻」とも呼ばれた。

※4 高速液体クロマトグラフィー

分析対象となる化合物を溶媒に溶かし,それが、吸着剤がコーティングされた固定相の中を移動する速度の違いにより,化合物を分離したり定量したりする分析機器。

図1 抽出したクロロフィルd

図2 クロロフィルaとdの吸収スペクトルの比較

図3 世界各地で採取された海洋や湖沼の堆積物の抽出物を,高速液体クロマトグラフィーによって分析した結果(Kashiyama et al., 2008)。赤色ほど高い濃度を示し,青色ほど低い濃度を示す。矢印で示したのが,クロロフィルdおよびその分解生成物。

お問い合わせ先:

(本文発表について)
独立行政法人海洋研究開発機構
地球内部変動研究センター 地球古環境変動研究プログラム
グループリーダー 大河内 直彦 046-867-9790

地球内部変動研究センター 研究推進室
室長  柴田 桂 046-867-9590

国立大学法人京都大学大学院 人間環境学研究科
准教授 宮下 英明 075-753-7928
(報道について)
独立行政法人海洋研究開発機構 経営企画室 報道室
室長  村田 範之 046-867-9193