科学機器

産 学 官との 連 携

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科学の峰々

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国立研究開発法人 海洋研究開発機構（JAMSTEC）生物地球化学研究分野 分野長

大河内 直彦 先生 に聞く

地球科学 から読み解く
海洋・地球・生命の姿 上
聞き手：南鈴木藏満岡田

取材日：2016年8月8日
東京科学機器協会会議室

明則 日本科学機器協会 広報副委員長
同
広報委員
裕之
同専務理事
邦弘
同
事務局長
康弘

（取材・撮影・編集協力：クリエイティブ・レイ㈱安井久雄）

大河内 直彦 先生のプロフィール〈経歴〉
1966年 京都市生まれ
1990年 東京大学理学系研究科地学科卒業
1995年 東京大学理学系大学院地質学専攻卒業（博士）
1995年 京都大学生態学研究センター 研究員
1996年 北海道大学低温科学研究所 助手
1999年 米国ウッズホール海洋研究所 博士研究員
2002年 海洋研究開発機構 地球内部変動研究センター入所
2014年 海洋研究開発機構 生物地球化学研究分野 分野長〈主な研究テーマ〉
堆積物中の有機化合物を用いた古環境の復元に関する研究
湖沼や海洋における有機化合物の同位体比を規定する要因に関する研究
堆積物中の有機物を分析する新しい手法の開発とその応用に関する研究
堆積物中に生息する微生物プロセスに関する研究〈賞〉
1998年 日本地球化学会奨励賞
2004年 IFREE Award
2009年 講談社科学出版賞
2013年 海洋化学学術賞

著書左から「地球のからくり」に挑む／新潮新書「チェンジング・ブルー」
気候変動の謎に迫る／岩波書店「地球の履歴書」／新潮選書

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北大・低温科学研究所に行ってみると、オホーツク海で特別なプ

海底堆積物の研究プラス
海に棲む生物との相互研究ロジェクトがスタートするということで─ 大河内先生は、現在、海洋参加することになり、再び海底堆

─ 海底堆積物の研究とはどの研究開発機構（JAMSTEC）生積物の研究に戻りました。

ようなものか、簡単にご説明いた物地球化学研究分野の分野長と北大には3年ほどいましたが、そして研究に取り組まれているとの後、99年にアメリカのウッズホーのことですが、まずは、ご経歴

ル海洋研究所に移り、博士研究

大河内とこれまでの研究の概要につい員として3年ほど過ごします。そこ物中に分布する有機物を用いててお話しいただけますか。

では、海底堆積物の中から特定過去の海の環境を理解することでの有機化合物だけを生成して、そす。海の中では多種多様な有機の放射性炭素年代を測定するとい物が生まれ、それが日々海底にたう研究に取り組みました。

まっていきます。昔に形成された堆

大河内

私は東京大学の理学部地学科を卒業後、そのまま大学院だけますか。
特に私の専門は、堆積に進んで、1995年に博士号を取2002年になり、当時は海洋科積物中の有機物を分析することに得しました。大学院の頃から海洋学技術センターという名称でしたが、よって、かつてそこにどんな生物が研究所に所属しており、海底の堆現在の海洋研究開発機構といくついて、どんな暮らしをしており、炭積物を採取して、そこから過去のかの研究機関が連携して、固体素や窒素といった地球システムが気候変動を読み解くという研究を地球統合フロンティア研究システム

どのように駆動されていたかを知る行っていました。という新しい研究組織が発足することができます。

当時、海洋研究所は東京・中野にありました。そこで、とても辛ことになり、研究者を100人ぐらい募集していました。

海洋の研究に取り組んで25年ほどになりますが、研究は徐々に深かった思い出があります。毎年、そのとき私も声をかけられ、アメ船に乗せられ、海底の堆積物をリカから日本へ戻り、海洋科学技採集に行かなくてはいけないことで術センターに入所することになりまし

現在、私の仕事の半分は海洋した。少し大きめの漁船程度の500た。以来、海底堆積物を使って、堆積物の研究で、残りは海に棲トンぐらいの船に乗るのですが、海地球の成り立ちや気候の歴史をひむ生き物の相互作用の研究に取り洋の研究者でありながら船酔いがもとくという研究を続けています。

組んでいます。

化するとともに広がり、内容も少しずつ変化してきました。

ひどく、酔うと何もできない状態にな─ 先生は地学科のご出身というっていました。(笑)
これでは続けられないと思い、ことですが、私たちが考える地学

東大・大学院卒業後は京都大学という分野からすると、研究の対の生態学研究センターへ行き、い象はとても幅広いものなのですね。

わゆるポスドク(博士研究員)となりま大河内した。

昔から多くの大学には地海底堆積物の研究はそこでいっ学科があり、そこで研究されていたん途切れ、少し別の方向へシフた地球科学の多くが固体地球をトしたのですが、1年ほどした頃、対象としていました。つまり、応用物理学的な学問で、地球がひと北海道大学の低温科学研究所に2000年アメリカ・ウッズホール海洋研究所にて

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海底堆積物を使って地球の成り立ちをひもとく誘われ、助手として就職しました。

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つの惑星としてどんな振る舞いをしるくると回っています。これをアミノ生命の統合的理解への挑戦」とているのかを理解するものでした。

酸の窒素安定同位体比や放射性いうフレーズがありますが、主にしかし、20世紀が終わり、地球炭素を測定することによって、これどのような研究を行っているので温暖化、富栄養化、生物種の絶まで以上に正確に理解できることをしょうか。

滅など地球レベルの環境問題が起明らかにしました。
大河内

JAMSTECの組織は主きています。これらはまさしく私たち

現在、大気中の酸素の割合はの身の回りで今起きつつあることで20％ほどですが、なぜ20％になっに、①「生物」、②地震や火山なすが、では誰がそういった問題のたのか？それには生き物が大きく関どの「固体地球」、③気候などの解明をするのか、となると、それはわっています。また、地球温暖化「地球環境」の３つに分かれており、地球科学の分野となります。

は人間が地下から掘り出した石油それぞれの分野が互いに連携をと当時、そういうことを研究していを、生物が処理しきれないほど大りながら研究を行っています。

る人はあまりいませんでした。しか量に使っているために起きているこ私が属しているグループは「生し地球温暖化の影響や環境破壊とで、これを生物のプロセスから理物」で、生物プロセスの視点からなどをきちんと理解するためには、解することも大切です。

地球環境を研究しています。

地球環境が生物活動とどのように関わっているかを理解せねばなりません。地球科学は、現代社会に横たわる多くの問題を解くカギをも海洋・地球・生命に関する国内最大の研究機関
JAMSTEC

JAMSTECは別の切り口から見ると①「戦略研究開発領域」と②「基幹研究領域」とに分けられます。
①戦略研究開発領域で力を入れている研究には、地震や津波、っているのです。
私の場合、ツールとして基本的─ 大河内先生が所属されている海底資源、地球温暖化などがありには化学、特に有機物、そしてそ海洋研究開発機構（JAMSTEC）ます。の中に含まれる同位体の分析を用の概要や取り組まれている研究をいています。それらを使い、現在ご紹介していただけますか。

南海トラフ地震を引き起こすひずみが、どのくらい溜まっているのか、や過去の環境を生物という窓を通して理解することができます。

地震や津波の分野では、例えば、大河内JAMSTECは国の研究

そうしたことを理解するような研究例えば、よく知られている食物機関ですので、国へこのような研連鎖という概念があります。地球と究を行いますと提案し、それに対海底資源に関する研究は、国いうこの星には何千万種という生きして国からその研究は良いとか、からもしっかり取り組んでほしいと言物がいますが、それらの生き物がダメだとか、あるいは、こんな研究われている分野です。数年前に何を食べているのかは、地球を流を行いなさいといったテーマや回答

中国からのレアメタルの輸入がストれるエネルギーの連鎖に他なりませを受けて5年の中期計画を作ります。

ップしたことがありましたが、それがん。それらを理解することは地球その計画によって予算を付けていちょうど5カ年計画の切り替えのとき上でおきている炭素循環の基礎的ただき、研究を行っています。また、で、このテーマが採用されました。

知見です。

外国人を含めて約400名の研究者

今、陸上で採掘されている鉱植物は光合成によって、二酸がおり、地球科学の研究所として物の多くは、もともとは海底火山の化炭素と水から酸素と有機物を作は日本で一番大きな組織です。

火口のあったところなのですが、が行われています。

海の底にある熱水域にはたくさんり、あるいは、死んだ動物たちがバクテリアに分解されることによって、─ 海洋研究開発機構のホームの金属が溜まっています。海底火

有機物は無機物に戻り、それがくページを拝見すると、「海洋・地球・山の火口に冷たい海水が入り、熱16

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地球温暖化はここ20年あまりでし、データを管理集約し、地球温が冷やされて鉱物ができる。それ顕著になってきた問題ですが、例暖化の研究に役立てています。

を日々繰り返すことで、有用な鉱えば、JAMSTECでは地球の7割

私は生物地球化学研究分野の物が徐々に溜まっていきます。

を占める海洋で、たくさんのブイをほかに基幹研究領域にも所属して用いて測定を行っています。

いるのですが、この②「基幹研究そのプロセスを研究し、可能ならば、溜まった資源を海底鉱山のブイの中には海の中を1,000メー領域」では、戦略研究開発領域ように利用しようという研究を行ってトルくらい自動で潜るものもあり、そで行っている研究を下支えする基います。

れらによって海水温などをモニター礎科学の研究に取り組んでいます。

東北海洋生態系調査研究船「新青丸」

深海探査機「おとひめ」

地球深部探査船「ちきゅう」 無人探査機「かいこう」
JAMSTECが切り拓く海洋技術開発のイメージ

有人潜水調査船「しんかい6500」

画像提供：海洋研究開発機構

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せられた海水に金属が溶け、それ

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30数億年前に自然発生した生命誕生の大イベント

生まれ、無機物を有機物に変えるの酸素濃度は現在21％ですが、ことができるようになりました。光合22～23億 年 前は現 在の20分の1、成は海底の熱水付近、あるいは、つまり1％ぐらいの酸素濃度になっ浅い海でできるようになったと、いくていたと考えられています。

─ 地球がどのような歴史を歩んつかの説があります。これも30数できたのか、大気環境や海洋環億年前と言われています。

境はどのように変遷してきたのか、地球が誕生したとき、地表には研究によって明らかになってきたこ

酸素はなかったのですが、光合成とをお教えいただけますか。

によって酸素が環境中に放出され

─ 地球で生命が誕生し進化するために、太陽と地球の距離はよかったと言えるのでしょうか。

るようになりました。やがて大気中

大河内

地球は46億年前に誕生に酸素が蓄積され、動物が酸素とても重要です。地球の温度をコし、これまでにさまざまなイベントが呼吸できるようになります。酸素呼ントロールしているのは太陽と地球ありましたが、イベントの中でも特に吸はエネルギー的にはとても効率の距離ですから、そういう意味で重要なのが生命の誕生です。一がよく、大きなエネルギーが生まれはちょうどよかったと思います。

般的には生命は40億年近い前にます。

大河内

私たちの体にとって水は生まれたと言われています。ただし、化石からすると、生命の誕生か─ 地球以外では、火星に生命

これは作業仮説であって、検証すら約30億年は微生物のような比較がいたのではないかと言われていることが難しいため、本当かどうか的単純な形態でしたが、約6億年ますが、可能性は高いのでしょうか。

は実はよく分かりません。

前に私たちの先祖が生まれました。
その頃の大きな変化として、大気大河内─ 生命は自然発生によって誕中の酸素濃度の増加が想定されイナス数十℃、昼は０℃ぐらいにな生したのでしょうか。ています。酸素濃度が生物の進るので、生命はいたかもしれません。

化を後押ししてきたと考えられてい火星にはアメリカが惑星探査機をるのです。

送り、火星の土を採取して分析を大河内 そうですね、生命は自然発生によって生まれたと考える研究

火星の気温は、夜にマ行っています。ただし、その結果者は多いですね。それを化学進化─ 大気中の酸素濃度は、地球を見ても、生命がいたという確かなと呼びますが、原始的な地球上で、誕生以来、どのように変化してき証拠はまだありません。

純粋な化学反応が起き、アミノ酸たと考えられているのでしょうか。
─ 地球が誕生して46億年、海など簡単な有機物ができます。その後、それらが重合してエネルギ

大河内ーを得るための機能をもつようになをするようになっても、光合成によっっていったと考えられています。て生み出される酸素は、周囲の物生命が進化し、光合成

洋に関しては、どのような変遷があったのでしょうか。

ただしエネルギーを得る機能が質を酸化するために使われてしま

大河内

誕生しても、そういった分子が分い、大気中には蓄積しませんでした。に浮遊していた隕石が集まって形解してしまってはしょうがありません。

酸素が蓄積するようになるのは、成されていきました。生まれたばか太陽系の惑星は、宇宙細胞分裂や遺伝のように命がつな環境中にあるものを酸化し尽くしてりの地球は高温で溶けていました

がり再生するシステムもその頃身にしまい、酸化するものがほとんどなが、固まる過程で、水が表面に集付けたようです。

くなってからです。それが22～23まってきて、海を作りました。

その後、光合成をする生き物が18億年前と言われています。大気中地球の海の環境を大きく変えた科学機器

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東京

30400

根室

大気の分析結果
南極アイスコアの分析結果

2005-2014
1881-189020平均
気 10（（温CO 2 濃度 (ppm)

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平均
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2005-2014
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12月

東京と根室の過去１００年ほどの気温変化のも生命の誕生と光合成で、二250
1000

1200

1400

1600

1800

2000

西暦年

過去１０００年間の大気中の二酸化炭素濃度の変化る物理現象です。に埋まっている有機物量と大気中酸化炭素を取り込み酸素を出すこ

なお、大気中に多く存在していの酸素量は、大雑把に言うとほぼとで、海洋のpHの値も上がっている酸素や窒素などの二原子分子同じであり、理論的には、酸素がったと考えられています。

は赤外線を吸収することはなく、三大気中からなくなるまで有機物は原子以上の分子が赤外線を吸収存在します。

温室効果ガスとなる
二酸化炭素のメカニズム

先程も説明したように、地球がします。
そして、大気中の二酸化炭素誕生したとき、地表には酸素はありが増えているのは、私たち人間がませんでした。やがて生命が誕生─ このところ地球温暖化が大き

石油などを地下から掘り出し大量し、光合成をするようになり、二酸な関心を呼んでいますが、地球に使っているためです。

化炭素と水が反応して、有機物と酸素ができるようになりました。

温暖化のメカニズムをご説明いただけますか。

─ 地球はこの先もどんどん暖かくなっていくのでしょうか。

大河内

現在、たくさんの酸素が大気中にあるということは、その分、どこかに有機物があるわけで、それが地球温暖化を引き起こし地中に埋まっているわけです。ているのは、大気に含まれる二酸大河内化炭素などの温室効果ガスです。

上下しますが、長いタイムスケール

もし陸地で石油が見つからなくな

地球は太陽から受けたエネルギで見れば、この先も確実に温暖化ったとしても、海底を探せば、まだしていきます。

まだ石油は見つかります。メキシコ

ーと等量のエネルギーを宇宙へ放年によって多少気温は湾の海底油田では1,000メートルあ出しています。ところが、二酸化炭素などの分子には共鳴という物

─ その二酸化炭素を増やす原

まりもパイプを伸ばして石油を海底

理的なメカニズムがあり、地表から因となっている石油は、地球には下から掘り出しているところもありま放出された赤外線をいったん吸収

まだまだ埋蔵されているのでしょうか。

す。人類が実際にそれをどの程度掘り出すかは、単にコストの問します。このため大気中に二酸化炭素が増えると、その分だけ、多大河内

くのエネルギーが大気中に一時的ります。石油は大昔、光合成によに蓄積されてしまうのです。二酸って作られた有機物が地下に溜ま化炭素が赤外線をいったん吸収ってできたものです。石油になってするのは、19世紀から知られていいない有機物もありますが、地下石油はまだまだたくさんあ題です。
次号「科学の峰々」では引き続き、大河内直彦先生“地球科学”から読み解く海洋・地球・生命の姿（下）をお話いただきます。

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