配信先︓⽂部科学記者会、科学記者会、千葉県政記者クラブ、PR TIMES

ニュースリリース
２０２３年３⽉２０⽇
国⽴⼤学法⼈千葉⼤学「糞化⽯の中にある糞化⽯」ができる条件を数理モデルで解明〜深海の底⽣⽣物の糞⾷⾏動の要因を読み解く〜■発表のポイント・堆積物⾷性ベントスの糞⾷⾏動の要因を解明するための新たな数理モデルを開発
・深海堆積物中に埋没している排泄物の⼤きさが糞⾷⾏動を引き起こす主要因
・⽩亜紀注 1)以降に糞⾷⾏動が起こりやすい条件が成⽴した可能性■研究の概要千葉⼤学⼤学院教育学研究科修⼠課程２年の⻄澤 輝⽒と教育学部の泉 賢太郎准教授は、糞化⽯などの⽣痕化⽯注 2）の中に⾒られる糞化⽯が形成される条件を数値的に解明しました。こうした「糞化⽯の中にある糞化⽯」は、堆積物を⾷べる底⽣⽣物（ベントス注 3））の糞⾷⾏動を記録しています。そこで研究チームは、通常は⾏動⽣態学の分野で扱われる「最適採餌理論注 4）」の原理を⽣痕化⽯に適⽤した新たな数理モデルを開発し、数値計算を⾏いました。その結果、深海堆積物中に埋没している排泄物の⼤きさが糞⾷⾏動を引き起こす主要因であることを明らかにしました。
地質年代を通じて糞化⽯などの⽣痕化⽯が⼤型化した傾向が知られているため、⽩亜紀以降には堆積物⾷性ベントスの糞⾷⾏動が起こりやすい条件が成⽴した可能性が考えられます。
本研究成果は、2023 年２⽉ 28 ⽇に、国際学術誌 Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecologyでオンライン公開されました。
■研究の背景深海堆積物中にはベントスの排泄物や巣⽳充填物が存在しているため、これらが他の埋在性の⼩型堆積物⾷性ベントスの効率的な餌場となっていたと考えられています。
ベントスに摂⾷された排泄物や巣⽳充填物の⼀部は、地層中に⽣痕化⽯として残ります。特に、ベントスが堆積物中に埋没している排泄物を摂⾷すると（糞⾷⾏動）、その結果として「糞化⽯の中に別の糞化⽯が存在する」という⽣痕化⽯が形成されます（図 1）。
このような産状の⽣痕化⽯の⼤半は、⽩亜紀以降の地層に限って産出することが知られています。⽩亜紀には、ベントスにとって餌となる植物プランクトンが多様化し、それに伴い深海⽣態系では様々な変化が起きました。ベントスの糞⾷⾏動が⽩亜紀以降に普遍化したのも、こうした変化の⼀つの事例と考えられています。 図１︓糞化⽯の中にある糞化⽯。⽩っぽい箇
しかし、ベントスの糞⾷⾏動が実際にどのような要因によって引所が排泄物で、その中に⾒られる⿊っぽい斑点状の構造が糞⾷したベントスの糞化⽯。
き起こされるのかについては、⼗分にわかっていませんでした。
■研究の成果本研究では、堆積物⾷性ベントスの糞⾷⾏動を引き起こす要因を解明するために、最適採餌理論に基づく新たな数理モデル（Possibility of Feeding of Fecal sediments model; PFF モデル）を開発しました。PFF モデルは、糞⾷する時のエネルギーバランス注 5）と糞⾷しない時のエネルギーバランスの差（PFF 値と定義）を計算するモデルで（図 2）、特に PFF 値の符号が重要になります。PFF 値が正である場合には、糞⾷をする時のエネルギーバランスの⽅が糞⾷をしない時のエネルギーバランスよりも⼤きいことになります。したがって、PFF 値が正である時を、ベントスが糞⾷し得る条件だと想定しました。

-1-

今回の研究では、想定される要因の候補を複数選定し、それらをパラメータとして PFF モデルの数理構造に組み込み、各パラメータの値を妥当な範囲内で変化させて PFF 値を計算します。海洋堆積物中の有機炭素の濃度やその深度分布、堆積物中に埋没している排泄物の⼤きさ、ベントスの消化管断⾯積など、合計 9 つのパラメータについて詳細な数
図２︓PFF モデルの概念図。A は糞⾷する時のベントスの⾏動（IFS モー
値計算を⾏いました。その結果、PFF 値のド）。ベントス本来の⽣息深度（d cm）において zʼ cm 移動しながら堆符号変化への寄与が最も⼤きいパラメー
積物を摂⾷し、その後、排泄物の直上にやってきた時に zʼʼ cm 潜り（d +タ（＝糞⾷⾏動の主要因）は、堆積物中にz'ʼ cm の深度に移動）、そこで zʼʼʼ cm 移動して排泄物を⾷べ尽くし、その後に再度 zʼʼ cm 上⽅に移動して元の⽣息深度に戻る。B は糞⾷しない埋没している排泄物の⼤きさであること時のベントスの⾏動（通常モード）。ベントスの⽣息深度（d cm）においがわかりました（図 3）。具体的には、堆積て zʼ + 2zʼʼ + zʼʼʼ cm 移動しながら堆積物を摂⾷する。
物中に埋没している排泄物が⼩さい場合には PFF 値が負の値を取るため、このような⼩さい排泄物を摂⾷することはベントスにとってはエネルギー的に不利であることを⽰唆しています。
さらに今回の数値計算の結果は、野外地質調査や⽂献調査を通じて収集した⽣痕化⽯データとも整合的であることも明らかになりました。

図 3︓数値計算結果のまとめ。横軸に排泄物の⼤きさに相当するパラメータ（zʼʼʼ）をとって、縦軸にはその他のパラメータをとり、そのパラメータ組み合わせの際の PFF 値を計算し、カラーマップとして描画した。暖⾊系ほど PFF 値が⼤きく、寒⾊系ほど PFF 値が⼩さいことを⽰す。PFF 値が 0（カラーマップ中の⽩⾊等⾼線）より⼤きい場合が、ベントスが糞⾷し得る条件である。A―C の縦軸は堆積物中の有機炭素の量や深度変化に関するパラメータ、D の縦軸はベントスの⽣息深度を表すパラメータ、E の縦軸はベントスの消化管断⾯積を表すパラメータ、F の縦軸は排泄物の埋没深度に関するパラメータ、G の縦軸はベントスの採餌コストに関するパラメータ、H の縦軸は排泄物中の有機炭素の濃集率を表すパラメータ。8 つのグラフにおいて、PFF 値=0 を⽰す⽩⾊等⾼線が縦軸とおおよそ平⾏であることから、PFF値の符号変化への寄与が最も⼤きいパラメータは排泄物の⼤きさに相当する zʼʼʼ（横軸）である。

■今後の展望深海堆積物中に埋没した巣⽳充填物や排泄物の⼀部は、⽣痕化⽯として地層中に残ります。既存の⽂献を網羅的に調査すると、こうした⽣痕化⽯は⽩亜紀以降に⼤型化してきたようです。これを本研究の成果と併せて考えると、⽩亜紀以降には堆積物⾷性ベントスの糞⾷⾏動が起こりやすい条件が成⽴してきた可能性が考えられます。
通常は⾏動⽣態学の分野で扱われる最適採餌理論を、古⽣物学の分野で適⽤した点に本研究は新規性があり-2-ます。そのため今後は、PFF モデルを⽤いることで、これまで数値的に検討することが不可能であった糞⾷可能性の地質年代を通じた変化（PFF 値の年代ごとの変化）を計算することができるようになります。古⽣物の⾏動を模擬した数理モデルの解析からは、化⽯の観察や分析のみからは得られない知⾒を得ることができます。特に、本研究のような⽣痕化⽯のモデリングは、古⽣物の⾏動を制約する古環境条件や古⽣物の適応様式の推定への応⽤が期待され、古⽣物学のブレイクスルーに繋がることが期待されます。
■⽤語解説
注１）⽩亜紀︓約 1 億 4500 万年前から 6600 万年前までの地質年代。陸上には恐⻯や翼⻯などが繫栄し、海洋ではアンモナイトやモササウルスや⾸⻑⻯などが繁栄していた。
注２）⽣痕化⽯︓古⽣物の⾏動の痕跡が地層に残ったもの。具体的には、⾜跡、巣⽳、排泄物の化⽯など。
注 3）底⽣⽣物（ベントス）︓河川や海洋などの⽔域に⽣息する⽣物の中で、⽔底に⽣息する⽣物の総称。堆積物⾷性のベントスは砂や泥などの堆積物ごと摂⾷し、その中に含まれる有機物を吸収し、砂や泥を排泄物として排泄する。
注 4）最適採餌理論︓⽣物は⾃⾝の適応度を最⼤化させるような採餌戦略をとると仮定した上で、⽣物の適応的な採餌⾏動を説明する理論。
注 5）エネルギーバランス︓ある⾏動によって得られるエネルギーと失うエネルギーの差。
■研究プロジェクトについて
本研究は、武⽥科学振興財団の中学校・⾼等学校理科教育振興助成、⽇揮・実吉奨学会の研究助成事業、⽇本学術振興会の科学研究費助成事業（15J08821）の⽀援を受けて遂⾏されました。
■論⽂情報
タイトル︓Numerical model reveals the potential factors of ingestion of fecal sediments by deep-sea
deposit-feeding benthos: Implications for composite trace fossils
著者︓Ko Nishizawa, Kentaro Izumi
雑誌名︓Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology
DOI︓https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2023.111475＜研究に関するお問い合わせ＞千葉⼤学教育学部

准教授

TEL︓043-290-3682

泉賢太郎

メール︓izumi@chiba-u.jp＜広報に関するお問い合わせ＞
国⽴⼤学法⼈千葉⼤学

広報室

TEL︓043-290-2018

メール︓koho-press＠chiba-u.jp-3-