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リバースラジオアイソトープ標識法─天然放射性炭素 14 を活用した水生生物の硬組織・軟組織の炭素源推定法の提案─
西田

梢＊1

横山

Nishida Kozue

祐典＊2,3

宮入

Yokoyama Yusuke

陽介＊2

平林

Miyairi Yosuke頌子＊2,4

Hirabayashi Shoko

1．はじめに産業革命以降，人間活動による二酸化炭素排出によって大気・海洋中の二酸化濃度は増加を続けており，地球温暖化や海洋酸性化が進行している 1）。このような環境変動は，海洋生物の生存や成長，繁殖や生理代謝へ深刻な影響を及ぼす可能性が指摘されており 1），生物飼育実験や野外観察によって環境変動が将来の生物に与える影響を評価する必要がある。今回，筆者らの研究 2）では，環境影響評価のための生物飼育実験に活用できる新たな炭素源推定法として「リバースラジオアイソトープ標識法」を提案し，海洋酸性化が二枚貝類の生理代謝へ及ぼす影響の評価を行った。この標識法は，多様な生物の硬図1

シングルステージ加速器質量分析装置（東京大学大気海洋研究所）

組織・軟組織の炭素源推定に活用でき，更に，様々な生物実験系に応用が可能である。本稿では，本手スラジオアイソトープ標識法（reverse radioisotope

法の特徴や貝類を活用した研究成果 について紹介labelling）」を提案した。

2）

現在の大気の 14C 濃度はモダンカーボンと呼ばれしたい。ている。1950 年代に行われた大気圏核実験による

2．リバースラジオアイソトープ標識法
本研究では，放射性炭素 14（ C）測定に特化し
14

人為起源の 14C により，大気中の 14C 濃度は急激に上昇した。そのため，自然環境の様々な生物試料のC レベルは高くなっている。

14

たシングルステージ加速器質量分析装置（図 1）の放射性炭素 14 の天然存在比（Δ14C）は 1950 年の分析技術の高精度化 3）を実現することで，新しい標大気中 CO2 の 14C 同位体比との差を千分率で表した識法の提案に至った。炭酸塩や水試料，有機物試料

値で，以下の式により求められる 4）。
：といった様々なサンプルの前処理方法や分析方法を検討したことで，安定して高精度な 14C 分析が可能（1＋（δ14C/1000））
Δ14C ＝δ14C−2×（δ13C＋25）となった。このような分析技術を基に，水生生物の硬組織・軟組織の炭素源推定方法として，「リバー36

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δ14C ＝（（As/Aabs）− 1）× 1000

図2

リバースラジオアイソトープ標識法を活用した生物飼育実験の概要図

A. 海洋酸性化実験への応用例。二酸化炭素ガス（デッドカーボン）で標識した海水条件下で海洋生物を飼育し，海水の DIC（デッドカーボン）とエサ（モダンカーボン）の寄与率を計算。B. 水温・塩分等の環境制御実験への応用例。二酸化炭素ガス（デッドカーボン）を添加した水槽でエサのプランクトンを培養し，海水の DIC（モダンカーボン）とエサ（デッドカーボン）の寄与率を計算

As は 試 料 の 14C 濃 度，Aabs は 標 準 14C 初 期 濃 度。
δ14C，δ13C には硬組織・軟組織形成に関わる種々の同位体分別が関わっているが，δ14C に見られる同位体分別はδ13C での同位体分別の 2 倍という同位体間の相対質量差に基づいた仮定を置くことができる。上記の 2 式を用いることで，同位体分別効果を取り除いた，炭素起源の情報のみを記録する指標―Δ14C が得られる 4）。Δ14C は年代推定へ古くから広く活用されてきたが，近年では食物網解析や生体における炭素の滞留時間推定等，生態学や環境学 ,法医学といった多様な分野で応用研究が進んでいる 5, 6）。14C は 5,730 年を半減期として，窒素 14N に放射壊変する。そのため，過去数万年以前の炭素（例えば，石油・天然ガス等の化石燃料）には 14C が含まれず，デッドカーボンと呼ばれている。今回提案したリバースラジオアイソトープ標識法では，海水図3

貝類の酸性化実験の様子

A. 二酸化炭素分圧制御システム（AICAL2）。流水式で大型の海洋生物の飼育が可能。B. アカガイ飼育水槽。C. 貝類のエサ（植物プランクトン）。D. 酸性化実験に使用した 1 歳のアカガイ個体に添加する化石燃料起源の二酸化炭素ガス（デッドプランクトンのエサ（図 3 C）を給餌して生物を飼カーボン）をトレーサとして用いることで， C 標育することで，硬組織や軟組織への海水やエサ起源識化合物を用いることなく，炭素源推定を可能にしの炭素寄与率が推定できる。また，この実験系とはた（図 2）。本研究 で実施した海洋酸性化実験（図 3）

逆に，化石燃料起源の二酸化炭素ガスをプランクトを例にすると，化石燃料起源の二酸化炭素が溶け込ン培養水槽に添加した場合（図 2 B）は，モダンカー

んだ酸性化海水では，海水の溶存無機炭素（DIC）は，ボンの自然海水とデッドカーボンの影響を受けたエデッドカーボンの影響により低いΔ C 値を示す

サのΔ14C 値から炭素源推定をすることも可能であ（図 2A）。このような海水の DIC のΔ14C 値が低い条る。エサにデッドカーボン標識をした飼育実験の場

件下で，現在の海水（モダンカーボン）で培養した合は，水温や塩分等の様々な環境制御実験への応用

142）

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の海洋酸性化影響を評価していく必要がある。

できる可能性がある。
硬組織，軟組織，海水 DIC，エサのΔ C 値（それ本研究 2）では，海洋酸性化が貝類の生理代謝へ及ぞれΔ14Ccarbonate，Δ14Ctissue，Δ14CDIC，Δ14Cplankton）と以下のぼす影響の検証のため，リバースラジオアイソトー

式 を基に，硬組織や軟組織への海水の DIC 由来のプ標識法を活用した飼育実験により，日本の主要な炭素源の寄与率（RDIC）が求められる。

水 産 重 要 二 枚 貝 の 1 つ で あ る ア カ ガ イ Scapharca147）

broughtonii を対象種として（図 3 D），貝殻や軟体部［RDIC×Δ CDIC＋（100−RDIC）
×
Δ Ccarbonate＝形成に関わる炭素源推定を行った。生物飼育実験は，

Δ Cplankton］/100

2013 年に海洋生物環境研究所 実証試験場（新潟県141414柏崎市）にて高精度な二酸化炭素分圧制御システム［RDIC×Δ CDIC＋（100−RDIC）
×
Δ Ctissue＝AICAL2 を用いて実施した（図 3 A, B）。本システ

Δ Cplankton］/100

ムは本研究チームが独自開発した実験系で，二酸化141414

炭素分圧（p CO2）を高精度に制御し，かつ，大量また，エサ由来の炭素の寄与率（Rfeed）は以下のの海水をかけ流す方式により，貝類やサンゴ類，魚類等の大型の生物の飼育実験が可能である。このよ式で求めることができる。

うなシステムを用いて，水温 25 ℃一定の条件下で，Rfeed ＝ 100−RDICp CO2 を 463，653，872，1,137，1,337 μatm の 5 段 階に設定してアカガイの酸性化実験を行った。飼育し我が国では「放射性同位元素等の規制に関する法た貝類の炭酸塩殻・軟体部（えら，足），エサの植律（昭和 32 年 6 月 10 日法律第 167 号）」に基づき，物プランクトン，海水試料をそれぞれサンプリング

放射性同位元素（RI）標識化合物の使用の際には管し，東京大学大気海洋研究所高解像度環境解析研究理区域指定が義務付けられている。そのため，安全センターのシングルステージ加速器質量分析装置性の確保に労力やコストが必要であり，更に， C（図 1）で放射性炭素分析を実施した。

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標識物質の作製や購入にも費用がかかるという課題

Δ14C から海水・エサ由来の炭素の寄与率を計算があった。一方，リバースラジオアイソトープ標識した結果，殻形成は海水の DIC が主な炭素源で，法では，天然に存在する二酸化炭素ガスを活用する

酸性化しても炭素源の寄与率は変化が見られなかっため，安全かつ安価にどこでも標識実験を行える画た。一方，アサリを用いた先行研究 8）では，酸性化期的な手法である。本研究では，この新規手法を海すると石灰化量が低下し，殻形成におけるエサ由来洋酸性化実験に取り入れ，我が国の重要な水産種のの炭素の寄与率が増加する傾向が報告されている。

二枚貝類を用いた炭素源推定を実現した。

アカガイは酸性化に対し殻形成で耐性のある種であり，アサリは脆弱な種である。したがって，このよ3．貝類への応用研究：酸性化影響の評価

うな殻形成に関わる炭素源の寄与率の違いは，海洋酸性化による生理応答の種間差が表れている可能性

海洋に溶け込む二酸化炭素が増えることで海洋のが考えられる。また，本研究では，これまで硬組織pH 低下が起こる海洋酸性化問題は，とりわけ貝類，の炭素源推定に活用されてきた炭素安定同位体比

サンゴ，棘皮動物，有孔虫等の炭酸カルシウムの殻（δ13C）による炭素源推定 9）も実施した。この結果，を作る生物への深刻な影響が指摘されている 1）。

δ13C による見積もりの場合，海水の DIC 寄与率が2000 年代に注目されるようになった環境問題であΔ14C よりも 10％程度低く見積もられることが明らり，気候変動に関する政府間パネル（IPCC）に取かになった。アカガイのδ13C による炭素源推定でり上げられるようになったのも 2007 年からと，比は，同位体分別効果の影響が表れている可能性が考較的新しい環境問題である。未だ生物への将来影響えられるため，炭素源の計算に用いる際には注意がは十分に検証されていないため，生物多様性の保全必要である。Δ14C による炭素源推定では，こういっや地域産業の持続的発展のために，二酸化炭素濃度た殻の同位体分別効果を取り除くことができ，よりを高くした飼育実験等を通じて，様々な海洋生物へ高精度な見積もりが期待される。

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いきたい。

Cambridge Univ. Press（2013）
2） Nishida, K., et al., Methods in Ecology and Evolution,
11: 739-750（2020）
3） Yokoyama, Y., et al., Nuclear Instruments and Methods
in Physics Research Section B, 455: 311-316（2019）4） Stuiver, M., & Polach, H. A., Radiocarbon, 19: 355-363（1977）
5） Zoppi, U., et al., Nuclear Instruments and Methods inPhysics Research Section B, 223: 770-775（2004）
6） Ishikawa, N. F., et al., Ecological Research, 28: 759-769（2013）
7） Adkins, J. F., et al., Geochimica et Cosmochimica Acta,
67: 1129-1143（2003）
8） Zhao, L., et al., Science of the Total Environment, 627:95-103（2018）9） McConnaughey, T.A., Geochimica et Cosmochimica
Acta, 61: 611-622（1997）

参 考 文 献（＊ 1 筑波大学生命環境系持続環境学分野，＊ 2 東京1） IPCC, In The Physical Science Basis, Contribution ofWorking Group I to the Fifth Assessment Report of theIntergovernmental Panel on Climate Change, 1-1535,

大学大気海洋研究所，＊ 3 東京大学大学院総合文化4．今後の展望リバースラジオアイソトープ標識法は，天然に存在する二酸化炭素ガスを活用しているため，管理区域指定が必要な 14C 標識物質を用いた従来法よりも，安全，安価かつ汎用性の高い炭素源推定法である。
この標識法を用いることで，地球環境問題による海洋環境変化に生物の生理代謝がどのように応答するのか，生物の炭素の取込みへの影響についてより正確に推定することが可能になる。将来の環境変化に対する生物の耐性を評価する上で重要な指標として期待され，今後は多様な海洋生物，様々な生物実験系（水温，塩分，酸性化実験等）での応用を行って研究科，＊ 4 立正大学地球環境科学部環境システム学科）

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