博士（地球環境科学）申旻勲

学位論文題名
Studies on the biological production and organicmatter sinkingprocesses in the ocean:Applicat
ionsof13C tracer method and fatty acids biomarkers（海洋における生物生産と有機物沈降過程に関する研究‑1
3Cトレ ー サー と 脂 肪酸 バ イオマ ーカーの応 用―）

学 位 論 文内 容 の 要 旨This study has provided several new findings for marine biologica
l pro
ducti
onand organic matter sinking processes. These findings demonstrate some new
possibilitiesasso
ciate
d wit
h theappl
icati
ons of 13Ctracer methodand utilit
ies of fatty
acids biomarkers on"primary production processes including phytoplankton physiology
and the export processes of organic matter in the ocean.
The effect of nutrients on photosynthetic products (newly synthesized fattyacids) and pa
rticu
latematter (seston)wasdiscu
ssedin Ch
apterII.

Acritic
al changeinthe composition of newly synthesized C16 fatty acids was induced by nitrogen
limitation in the surface 10m water, and the highest polyunsaturated indexof C1
6 fatty
acids in seston at 100m water depth may be caused by settling planktonic aggregates ordiatom rsting spore. The two compositional ratios of fatty acid known to bebiomarkers for diatoms (16:l(n‑7)/16:0 andZ C16/芝 C18) were strikingly high in newcells compared with seston on 17 April, coinciding with the dominance of diatoms(fucoxanthin).

These dynamicai change of polyunsaturated fatty acids (PUFA) of C16

in the newly biosynthesized phytoplankton cells and seston during diatoms blooming
suggests PUFA index of C16 should be an indicator of the diatom blooming stage andphysiology of natural phytoplankton population.
The production processes of fatty acids in the euphotic layer were also
compared with the export processes in Chapter IO[.

The export ratios of fatty acids

show signific
ant v
ariab
ilitydueto the rel
ativelabi
lityand altera
tionas bi
ogeoc
hemic
al‑1402―markers of fatty acids. In addition, the ratios of polyunsaturated fatty acids(phytoplankton source) were significantly high in the bloomingperiod, but tho
se ofthebranched fatty acids of C15 and C17 and 18: 1 (n‑9) (heterotrophic organisms) was
comparatively high in the postbloom period in the subarctic oceanThis may suggestthat a seasonal change of ecosystem stmcture affect the quality and quantity of org
anicmatter fluxin the subarctic ocean.

However, exports ratios of fatty

no relation with the tumover rates of those in theeuph
oticlayer,

acids haveindicatinga time

lag to form settling particles.
In the present study, major biogenic constituents such as biogenic opal andcalcium carbonate and organic carbon and even fatty acids as biomarkers in sel:tlingparticles were discussed comprehensively to understand biogeochemical cycles ofcarbon in the deeper water at the northem Japan Trench (ChapterIV).

The down ward

flux of polyunsaturated fatty acids (PUFA) increase strikingly in spring bloom, andthe
index of PUFA (%) may be used as an indicator for primary productivity, newproduction.

The e‑ratios were low in the high POC production periods, suggestingthe

carbon recycling through microbial loop should expand exponentially with the increaseof primary production.

On the other hand, a significant proportion of organic carbon

on the shelf area was transported laterally to the deep water in the northem Japan
Trench with little change of its composition.

These findings have an implication to

our update understanding on the biogeochemical processes of carbcm in the subarctic
ocean*― 1403 ‑学位論文審査の要旨
主査
副査
副査
副査
副査

教授

角 皆静 男教授

乗 木新 一 郎

助教授

田 中教 幸助教授

渡 邉修 一助教授

濱健夫（ 筑波大学生 物化学系 ）学位論文題名St
udiesonthebio
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onandorganicmattersinkingprocessesinth
eo
cea
n:A
ppl
icationsof13Ctracermet
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omarkers（ 海 洋に お ける 生 物 生産と 有機物沈降 過程に関 する研究
― 13Cト レ ー サ ー と 脂 肪 酸 バ イ オ マ ー カ ー の 応 用 ― ）海 洋に おける炭 素循環の 大きさ、 機構を明 らかにする ことは、 現在変化 しつっあ る地
球 の環 境や将来 の気候を 予測する 上できわ めて重要で ある。そ のため、 海洋にお いてこ
れ に関 係する諸 パラメー ターの研 究が活発 に行われて いる。こ こでは、 有機物、 特に脂肪 酸 を 化 合 物 レ ベ ル で と り あ げ 、 ま た 、 C‑13を ト レ ー サ ー に す る な ど し て 、 海 洋 に お ける炭素 の生物地 球化学的 循環の状 況を把握 すること とした。
そ こで 、本研究 では、時 系列セジ メントト ラップによ って得た 沈降粒子 や懸濁粒 子の主 成 分 化 学 組 成 や 脂 肪 酸 組 成 を 明 ら か に す る こ と 、 ま た 、 C‑13を ト レ ー サ ー と し て 疑 似
現 場培 養法によ って海洋 表層での 生物生産 量や粒子態 脂肪酸の 生産速度 を測定す ることを行っ た。
得 られ た成果を まとめる と、まず 、石狩湾 沖で春のブ ルームの 推移を追 跡して、 新し
く 生 産 さ れ た 細 胞 で は 、 ケ イ 藻 の ブ ル ー ム 期 に は 炭 素 数 16の 脂 肪 酸 の 多 不 飽 和 度 が 大
き か っ た が 、 海 水 中 の 硝 酸 が 枯 渇 と 著 しく 小 さ くな る こ と、 ま た 、ブ ル ー ム の後 半 で は、飽 和お よび一不 飽和脂肪 酸が多く なること を見っけた 。脂肪酸 の多不飽 和度は、 細胞膜（ 細胞 の数）の 指標とな ることか ら、これ より、窒素 が枯渇す ると、細 胞の数は 増えな
い で、 生産され た有機物 が細胞に 貯蔵され ることを明 らかにし た。一方 、海水中 懸濁粒
子 では 、そのよ うな変動 を示さな ぃことも 見っけた。 また、培 養法によ る脂肪酸 の生産
速 度 と 水 深 220mに お け る 脂 肪 酸 の 沈 降 速 度 と の 比 （ 輸 送 比 、 e‑ratio： 沈 降量 ／ 生 産量 ）が 大 き く 変 動 す る こ と を 見 っ け た 。 夏 に比 べ て 春は 、 多 不飽 和 脂 肪酸 の 輸 送 比が 大 き く、バクテリア起源の脂肪酸の輸送比は小さかったが、脂肪酸の輸送比と有光層内の脂肪酸のturnover速度との聞に関係がなかった。これより、有機物が生産されて沈降するまでには時間を要することを明らかにした。
次に、北部日本海溝において、水深1000mでの全脂肪酸沈降束に対する多不飽和脂肪酸 の 寄 与 度(PUFA index)は 、 Chl.aお よび 硝 酸 と 亜 硝酸 の合 計量 の表 層50mま での積算量とよい相関関係にあることを見っけ、PUFAindexが有光層での新生産の指標として使えることを証明した。水深1000mにおける粒子態有機炭素のe‑ratioは、オパールと炭酸カルシウムの粒子束から求めた表層での粒子態有機炭素の生産量が大きいほど、小さかった。これより、有機物の生産が多くなるほど、それを利用する微生物の活動が活発になり、却って沈降する割合は減ると結論した。また、日本海溝北部では、有機炭素の水平輸送量は大きかいいが、鉛直的な脂肪酸の組成変化は大きくなぃことも明らかにした。
以上の研究成果は、粒子中の脂肪酸組成が表層における生物活動の変動と鉛直移動のメ カニ ズ ム を 解析 す る 有 カな 研 究 手 段と な る ことを 示して いる。
審査員一同は、これらの成果を高く評価し、また研究者として誠実かつ熱心であり、大学院課程における研鑽や取得単位なども併せ申請者が博士（地球環境科学）の学位を受けるのに充分な資格を有するものと判定した。