logo
JAMSTECJAMSTEC お問い合わせcontact

研究概要

2026.06.12

アミノ酸同位体比による生態系解析

地球上の生態系は、太陽光を利用する光合成系の生き物のほか、化学エネルギーに依存する化学合成系の生き物などが多様なエネルギー基盤の上に成り立っています。生き物はこれらのエネルギーを分かち合って暮らしています。生き物の世界はこれらのエネルギーから有機物を生産する植物や化学合成細菌のような生産者と、それを利用して生きる消費者（動物）に分けられます。動物の世界では、植物を食べる草食動物から、それを食べる肉食動物、さらにそれを食べる生き物というふうに食物連鎖を通じて炭素や窒素などの物質がつながっています。

図1：グルタミン酸(Glu)とフェニルアラニン(Phe)の窒素同位体比を用いて、水域に暮らす生き物の栄養位置（Trophic Position: TP）を推定する方法の原理

たとえば、アミノ酸の中でグルタミン酸(Glu)とフェニルアラニン(Phe)の窒素同位体比は食物網の解析に広く利用されています。グルタミン酸は、捕食の代謝に伴って窒素同位体が分別しますが、フェニルアラニンではその影響をほとんど受けないため、両者の窒素同位体比の差から生物の栄養位置（Trophic Position: TP）を定量的に推定することが出来ます（図１）。

図2：化学合成共生二枚貝類の各組織とその共生菌およびチューブワーム、シロウリガイの寄生性カイアシ類の栄養関係。生菌に対して筋肉の栄養段階が上昇する生物と、変化しない生物がいる（Tsuchiya et al., 2025 より改変）

重要なことは、生き物のTPがグルタミン酸とフェニルアラニンの「窒素同位体比の差」の一次関数として表せることであり、目的の生物試料さえ得られれば個体毎のTPを直接知り、解析できることです。この手法は、TPの推定に加えて、生態系の窒素源やその動態の解析にも威力を発揮します（図２）。

図3：統合的栄養位置（iTP）と生態ピラミッドの形（Dv）との関係を示した図。iTPもDvも高い生態系は「東京タワー型」、iTPもDvも低い生態系は「富士山型」のバイオマス分布を示す。色の違いは生態系の緯度（暖色：低緯度、寒色：高緯度）。丸の大きさは生態系のサイズ。（Ishikawa et al., 2024より改変）

アミノ酸の炭素安定同位体比や放射性炭素同位体比などを組み合わせて、生態系構造や物質動態をより詳細に復元することもできます。近年では、統合的栄養位置（integrated Trophic Position: iTP）という概念の導入や、回遊履歴の復元、鏡像異性体レベルでの解析など、応用範囲は広がっています（図３）。

このように、アミノ酸の化合物レベル同位体解析は、多様なエネルギー基盤に支えられた生態系において、その構造と物質循環を統合的に理解するための強力な手法です。

* 用語解説：栄養位置（TP）植物プランクトンなどの独立栄養生物が1、それを食べる植食者が2、植食者だけを食べる動物が3という数値。多様な生き物を捕食することで、小数点以下の数値も生じます。

主な発表論文

  • Sakamoto, K., Yoshikawa, C., Ogawa, N. O., Osada, Y., Ishikawa, N. F., Ito, S. I., Yokoyama, Y., Ohkouchi, N. (2026). Estimating the migration pathway of chub mackerel using a state-space model with nitrogen isoscapes and compound-specific nitrogen isotope analysis. Progress in Oceanography, 103729. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2026.103729（窒素同位体地図と状態空間モデルを組み合わせた回遊履歴推定のための方法論を提唱）
  • Itahashi, Y., Takano, Y., Chikaraishi, Y., Ogawa, N.O., Ishikawa, N.F., Ohkouchi, N., Yamane, M., Yokoyama, Y., and Yoneda, M. (2025) Purification of hydroxyproline for small-scale radiocarbon dating verified using archaeological bone collagen. Progress in Earth and Planetary Science, 12: 107. https://doi.org/10.1186/s40645-025-00778-4（骨コラーゲンに含まれるアミノ酸の放射性炭素測定の考古学試料への応用）
  • Furota, S., Ishikawa, N.F., Ogawa, N.O., Furota, T., and Ohkouchi, N. (2026) Tracing terrestrial nitrogen contributions to the salt marsh food web of the Obitsu-river estuary in Tokyo Bay using compound-specific δ15N analysis of amino acids. Progress in Earth and Planetary Science, 13: 18. https://doi.org/10.1186/s40645-026-00801-2（東京湾小櫃川河口干潟で、汽水域生態系への陸起源窒素の寄与の定量化）
  • Blattmann, T.M., Sun, Y., Ogawa, N.O., Takano, Y., Haghipour, N., Ishikawa, N.F., Eglinton, T.I., and Ohkouchi, N. (2025) Chromatographic isolation for performing enantiomer-specific radiocarbon analysis (ESRA): first method development for individual L- and D-amino acids. Progress in Earth and Planetary Science, 12:84. https://doi.org/10.1186/s40645-025-00764-w（アミノ酸の鏡像異性体レベルでの放射性炭素測定手法の開発）
  • Yoshikawa, C., Ogawa, N.O., Ishikawa, N.F., Yoneda, M., Yukami, R., Ito, S.-i., and Ohkouchi, N. (2025) Nitrogen and carbon isotopic relationships in the diet and eye lenses of chub mackerel revealed in a laboratory rearing experiment. Progress in Earth and Planetary Science, 12: 57. https://doi.org/10.1186/s40645-025-00731-5（飼育実験下におけるマサバ眼球の窒素・炭素同位体比の変化を記録・モデル化）
  • Ishikawa, N.F., Uehara, Y., Ishida, T., Ikeya, T., Asano, S., Ko, C.-Y., Iwata, T., Tayasu, I., Ohkouchi, N., and Okuda, N. (2025) Spatiotemporal variations in integrated trophic positions of stream macroinvertebrate communities. Progress in Earth and Planetary Science, 12:2. https://doi.org/10.1186/s40645-024-00671-6（河川の生態ピラミッド形状を統合的栄養位置iTPから可視化）
  • Tsuchiya, M., Yoshida, T., Chikaraishi, Y., Ogawa, N.O., Nomaki, H., Fujiwara, Y., Yamaguchi, Y.T., Tada, Y., Jenkins, R.G., Sasaki, Y., Fujikura, K., and Ohkouchi, N. (2025) Nitrogen isotopic composition of amino acids reveals a variety of trophic ecology of organisms inhabiting chemosynthesis-based ecosystems. Progress in Earth and Planetary Science, 12: 94. https://doi.org/10.1186/s40645-025-00768-6（化学合成生態系における生物の多様な栄養源と食物網構造を解明）
  • Nomaki, H., Chikaraishi, Y., Ogawa, N.O., Maki, K., Shimanaga, M., Suga, H., Tsuchiya, M., Nagata, T., and Ohkouchi, N. (2025) Differential use of multiple food sources at a bathyal benthic ecosystem in the central Sagami Bay revealed by amino acid nitrogen isotopic compositions. Progress in Earth and Planetary Science, 12: 6. https://doi.org/10.1186/s40645-025-00682-x（相模湾深海底生物群集における多様な有機物起源と食物網構造の解析）
  • Ohkouchi, N., Isaji, Y., and Ogawa, N.O. (2024) Regulation of nitrogen isotopic ratios of cellular components. Progress in Earth and Planetary Science, 11: 44. https://doi.org/10.1186/s40645-024-00646-7（細胞内窒素同位体比の制御機構を整理し、アミノ酸同位体解析の基盤を提示）
  • Sun, Y., Blattmann, T.M., Takano, Y., Ogawa, N.O., Isaji, Y., Ishikawa, N.F., and Ohkouchi, N. (2024) Enantiomer-Specific Stable Carbon and Nitrogen Isotopic Analyses of Underivatized Individual l- and d-Amino Acids by HPLC + HPLC Separation and Nano-EA/IRMS. Analytical Chemistry, 96(47), 18664-18671. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.4c02851（アミノ酸の鏡像異性体レベルの炭素窒素安定同位体比測定手法の開発）
  • Ishikawa, N.F., Chen, C., Hashimoto, R., Ogawa, N.O., Uyeno, D., and Nomaki, H. (2024) Amino acid nitrogen isotopic compositions show seep copepods gain nutrition from host animals. Marine Ecology Progress Series, 727, 81-90. https://doi.org/10.3354/meps14503（深海化学合成生態系における宿主・寄生生物の栄養関係を解明）
  • Nakabayashi, M., Tsutaya, T., Ahmad, A.H., Sasaki, Y., Ogawa, N.O., Ishikawa, N.F., and Ohkouchi, N. (2024) Dietary partitioning in sympatric Paradoxurinae civets in Borneo suggested by compound-specific nitrogen isotope analysis of amino acids. Progress in Earth and Planetary Science, 11: 53. https://doi.org/10.1186/s40645-024-00655-6（希少ジャコウネコ近縁種の共存機構をアミノ酸窒素安定同位体比から解明）
  • Ishikawa, N.F., Takashima, A., Maruoka, H., and Kondoh, M. (2024) Integrated trophic position as a proxy for food-web complexity. Methods in Ecology and Evolution, 15(1), 164-177. https://doi.org/10.1111/2041-210X.14256（統合的栄養位置iTPが生態系形状の指標となることを理論的に解明）
  • Ishikawa, N.F., Tadokoro, K., Matsubayashi, J., and Ohkouchi, N. (2023) Biomass pyramids of marine mesozooplankton communities as inferred from their integrated trophic positions. Ecosystems, 26, 217-231. https://doi.org/10.1007/s10021-022-00753-w（北太平洋の動物プランクトン群集における統合的栄養位置iTPの分布を初めて報告）
  • Ohkouchi, N. (2023) A new era of isotope ecology: Nitrogen isotope ratio of amino acids as an approach for unraveling modern and ancient food web. Proceedings of Japan Academy, Series B, 99, 131-154. [Open Access]（アミノ酸の窒素同位体比を用いた食物網研究をレビューしました。）
  • Harada, Y., Ito, S.-I., Ogawa, N.O., Yoshikawa, C., Ishikawa, N.F., Yoneda, M., and Ohkouchi, N. (2022) Compound-specific nitrogen isotope analysis in eye lenses as a new tool to reconstruct the geographic and trophic histories of fish. Frontiers in Marine Science, 8: 796532. [Open Access]（魚の眼球のアミノ酸の窒素同位体比が、魚の回遊経路の推定に利用可能であることを示しました。）
  • Matsubayashi, J., Osada, Y., Tadokoro, K., Abe, Y,, Yamaguchi, A., Shirai, K., Honda, K., Yoshikawa, C., Ogawa, N.O., Ohkouchi, N., Nagata, T., Naito, Y.I., Miyamoto, H., Nishio, S., and Tayasu, I. (2020) Tracking long-distance ocean migration of marine fishes using compound-specific stable isotope analysis of amino acids. Ecology Letters, 23, 881-890. [Abstract]（サケの骨中のアミノ酸窒素同位体比を用いて、サケの回遊経路を復元しました。）
  • Takano, Y., Chikaraishi, Y., Imachi, H., Miyairi, Y., Ogawa, N. O., Kaneko, M., Yokoyama, Y., Kruger, M., and Ohkouchi, N. (2018) Insight into anaerobic methanotrophy from 13C/12C- amino acids and 14C-ANME cells in seafloor microbial ecology. Scientific Reports, 8, 14070. [Open Access]（微生物プロセスの解析にアミノ酸の炭素同位体比が利用できることを明らかにしました。）
  • Ishikawa, N.F., Chikaraishi, Y., Takano, Y., Sasaki, Y., Takizawa, Y., Tsuchiya, M., Tayasu, I., Nagata, T., and Ohkouchi, N. (2018) A new analytical method for the determination of nitrogen isotopic composition of methionine: its application in aquatic ecosystems with mixed resources. Limnology and Oceanography: Methods, 16, 607-620. [Open Access]（メチオニンの窒素同位体比を用いて、生物の餌の水界ありは陸起源の割合を定量できることを示しました。）
  • Itahashi, Y., Tsuneki, A., Dougherty, S., Chikaraishi, Y., Ohkouchi, N., and Yoneda, M. (2018) Dining together: Reconstruction of Neolithic food consumption based on the δ15N values for individual amino acids at Tell el-Kerkh, northern Levant. Journal of Archaeological Science: Reports, 17, 775-784. [Abstract]（新石器時代の遺跡から得られた人骨中に含まれるコラーゲンのアミノ酸の窒素同位体比を測定し、当時の人々の暮らしを復元しました。）
  • Ohkouchi, N., Chikaraishi, Y., Close, H.G., Fry, B., Larsen, T., Madigan, D.J., McCarthy, M.D., McMahon, K.W., Nagata, T., Naito, Y.I., Ogawa, N.O., Popp, B.N., Steffan, S., Takano, Y., Tayasu, I., Wyatt, A.S.J., Yamaguchi, Y.T., and Yokoyama, Y. (2017) Advances in the application of amino acid nitrogen isotopic analysis in ecological and biogeochemical studies. Organic Geochemistry, 113, 150-174. [Abstract]（アミノ酸窒素同位体比を用いた研究の成果について、2017年時点におけるレビューです。）
  • Campbell, C.J., Nelson, D.M., Ogawa, N.O., Chikaraishi, Y., and Ohkouchi, N. (2017) Trophic position and dietary breadth of bats revealed by nitrogen isotopic composition of amino acids. Scientific Reports, 7, 15932. [Open Access]（コウモリの食性について、アミノ酸窒素同位体比の測定結果をもとに考察しました。）
  • Ishikawa, N., Chikaraishi, Y., Ohkouchi, N., Murakami, A.R., Tayasu, I., Togashi, H., Okano, J., Sakai, Y., Iwata, T., Kondoh, M., and Okuda, N. (2017) Integrated trophic position decreases in more diverse communities of stream food webs. Scientific Reports, 7, 2130. [Open Access]（新しい生態学指標iTPを提唱しました。）
  • Ishikawa, N.F., Hayashi, F., Sasaki, Y., Chikaraishi, Y., and Ohkouchi, N. (2017) Trophic discrimination factor of nitrogen isotopes within amino acids in the dobsonfly Protohermes grandis (Megaloptera: Corydalidae) larvae in a controlled feeding experiment. Ecology and Evolution, 7, 1674-1679. [Open Access]（ヘビトンボの飼育実験を行い、捕食によるアミノ酸の窒素同位体分別を求めました。）
  • Yamaguchi, Y., Chikaraishi, Y., Takano, Y., Ogawa, N.O., Imachi, H., Yokoyama, Y., and Ohkouchi, N. (2017) Fractionation of nitrogen isotopes during amino acid metabolism in heterotrophic and chemolithoautotrophic microbes across Eukarya, Bacteria and Archaea: Effects of nitrogen sources and metabolic pathways. Organic Geochemistry, 111, 101-112. [Abstract]（室内培養実験をもとに、微生物の代謝とアミノ酸窒素同位体比との関係を考察しました。）
  • Naito, Y.I., Chikaraishi, Y., Drucker, D.G., Ohkouchi, N., Semal, P., Wißing, C., and Bocherens, H. (2016) Ecological niche of Neanderthals from Spy Cave revealed by nitrogen isotopes of individual amino acids in collagen. Journal of Human Evolution, 93, 82-90. [Abstract]（ネアンデルタール人の栄養段階を世界で初めて推定しました。）
  • Kruger, B.R., Werne, J.P., Branstrator, D.K., Hrabik, T.R., Chikaraishi, Y., Ohkouchi, N., and Minor, E.C. (2016) Organic matter transfer in Lake Superior’s food web: Insights from bulk and molecular stable isotope and radiocarbon analyses. Limnology and Oceanography, 61, 149-164. [Open Access]（スペリオル湖の食物連鎖について、アミノ酸の窒素同位体比の測定結果をもとに考察しました。）
  • Ohkouchi, N., Ogawa, N. O., Chikaraishi, Y., Tanaka, H., and Wada, E. (2015) Biochemical and physiological bases for the application of carbon and nitrogen isotopes to the environmental and ecological studies. Progress in Earth and Planetary Science, 2: 1. [Open Access]（炭素・窒素同位体比を用いた環境解析や生態系解析の基礎について、近年えられた知見も含めてまとめました。）
  • Chikaraishi, Y., Steffan, S. A., Ogawa, N. O., Ishikawa, N. F., Sasaki, Y., Tsuchiya, M., and Ohkouchi, N. (2014) High-resolution food webs based on nitrogen isotopic composition of amino acids. Ecology and Evolution, 4, 2423-2449. [Open Access]（アミノ酸の窒素同位体比が陸上生物の食性解析に利用できることを示しました。）
  • Ohkouchi, N. and Takano, Y. (2014) Organic nitrogen: Sources, fates, and chemistry. Treatise on Geochemistry (Eds., P. Falkowski and K. H. Freeman), 12, 251-289. [Abstract]（化合物レベルでみた窒素の動態をレビューしました。）
  • Ogawa, N.O., Chikaraishi, Y., and Ohkouchi, N. (2013) Trophic position estimates of formalin-fixed samples with nitrogen isotopic compositions of amino acids: an application to gobiid fish (Isaza) in Lake Biwa, Japan. Ecological Research, 28, 697-702. [Abstracts]（ホルマリン固定された魚類アーカイブ試料が人新世の生態系解析に役立つこと、それによると琵琶湖の富栄養化が魚類の栄養段階を変化させなかったことを明らかにしました。）
  • Naito, Y., Chikaraishi, Y., Ohkouchi, N., and Yoneda, M. (2013) Evaluation of carnivory in inland Jomon hunter-gatherers based on nitrogen isotope ratios of individual amino acids in bone collagen. Journal of Archaeological Science, 40, 2913-2923. [Abstract]（内陸に暮らしていた縄文人の食性を復元しました。）
  • Miller, M., Chikaraishi, Y., Ogawa, N.O., Yamada, Y., Tsukamoto, K., and Ohkouchi, N. (2012) Low trophic position of Japanese eel larvae. Biology Letters, 9, 20120826. [Abstract]（アミノ酸の窒素同位体比の測定結果をもとに、ウナギの稚魚がマリンスノーを食べていることを明らかにしました。）
  • Chikaraishi, Y., Ogawa, N.O., Kashiyama, Y., Takano, Y., Suga, H., Tomitani, A., Miyashita, H., Kitazato, H., and Ohkouchi, N. (2009) Determination of aquatic food-web structure based on compound-specific nitrogen isotopic composition of amino acids. Limnology and Oceanography: Methods, 7, 740-750. [Abstract]（各種アミノ酸の窒素同位体比と栄養段階との関係を定式化しました。）