デジタルバイオスフェア
地球環境圏を守るための総合生物圏科学

Contents

2023.1 vol.2

ごあいさつ

研究分野・班topics
公募班紹介

2022年度全体会合報告

ごあいさつ
地球は約1万年前から間氷期にある。産業革命以前には約280 ppmで安定していた
大気CO2濃度は、化石燃料消費により上昇し、現在は410 ppmを越え、今世紀半ばには600 ppmに達するとされる。この濃度自体は地球史上で植物が経験した濃度としては高くはない。しかし、産業革命以降の温度やCO2環境は、地球史上の環境変化の10 4 ～10 5 倍の速さで変化しており、世代時間が最短でも1年間の植物にとって、「子を残しやすい形質をもたらす変異遺伝子が、世代を経て集団内に固定される」という環境適応による追随は不可能である。植物は、少なくとも80万年間続いた200～
280 ppmのCO2濃度に適応してきたはずである。人類が今後も生態系サービスや植物サービスを享受するためには、環境に合った植物を創出し、環境変化に追随するよう改変し続けなければならない。このためには、従来の育種に頼るだけではなく、栽培
地域や環境毎に適切にデザインした植物を自由に創出する技術が必要である。この射程の長い課題の序章が、新学術領域「植物高CO2応答」（2009−2013）であった。
植物のCO2応答経路を洗い出し、その操作方法を検討した。なんとしても第2章以降を展開しなければならない。
「デジタルバイオスフェア」プロジェクトの成功のためにも、その基盤となる植物のCO2応答や高温応答の研究は必須なのである。

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Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

総括班評価者 （アドバイザー）
寺島 一郎 （東京大学）

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A

A分野

炭素貯留を最大にする最適な森林の予測

A0o1pics

キーワード

T

炭素蓄積

形質生態学
同位体

炭素循環

土壌プロセス

森林調査を行いました

2022.7.1

A01班では、日本の様々な森林で炭素がどれだけ貯蔵されているのか、そしてその決定要因は何かを探るための研究を行っています。特に、未解明点が多い土壌プロセスに焦点を当てています。全国様々な森林で土壌・植生の解析を行うことを予定しており、5月30日から6月1日にかけて九州北部の3箇所で調査を行いました。森林の種組成、材蓄積量、土壌断
面観察、土壌サンプリングなど様々な項目を調べました。
今年度は、9月頃に九州南部と四国地方で調査を行う予定
です。

Link https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153185
出前授業をしてきました

画像2022.7.28

宮城県教育委員会が主催した高大連携事業（地域公開講座）「sanuma summer university」が宮城県佐沼高校で行われ、彦坂幸毅教授が講義を行ってきました。

Link https://sanuma.myswan.ed.jp/blogs/blog_entries/view/143/7bf952927505d20e23296c9dbe039aa8?frame_id=2112

Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

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0
A

A分野

森林機能の最大化のためのゲノム・形質・生態の革新的な統合アプローチ

A02opics
T

キーワード

森林生態系機能形質ゲノム

樹冠 生理生態学

北島薫教授（京都大学）第20回日本生態学会賞、第16回みどりの学術賞を受賞

受賞

2022.5.25

A02班分担者の北島薫教授（京都大学）が、熱帯雨林における葉の機能形質の違いに着目した先駆的な研究を行い形質生態学の端緒を開いた研究者」として第20回日本生態学会賞を受賞し、2022年3月16日に授賞式が行われました。
第20回（2022年）日本生態学会賞
Link https://www.esj.ne.jp/esj/award/gakkai/20.html

また、北島薫教授は「熱帯林の機能生態学と持続可能な地
球環境への貢献」に関する功績として、内閣府の第16回みどりの学術賞を受賞し、授賞式は2022年4月18日に行われました。
令和4年（第16回）みどりの学術賞
Link https://www.cao.go.jp/midorisho/
おめでとうございます！

Dr. MD Farhadur Rahman’s
self-introduction

画像2022.9.5

My name is MD Farhadur Rahman from Bangladesh. Now
I am working as a postdoctoral researcher at the Graduate
School of Forest and Biomaterial Sciences at Kyoto University
and collaborating with Associate Professor Dr. Yusuke Onodaon the Digital Biosphere project. My career aspiration is to bea forest ecologist who can apply the most advanced remotesensing techniques. I completed my Bachelor majoring in
Forestry at the University of Chittagong, Bangladesh. My
doctoral work focused on analysis with airborne LiDAR
over 230 km2 of forest-dominated areas in central Kyoto,
Japan to explore information on forest structure and disturbance
dynamics. I hope to continue exploring forest structures andfunctions by utilizing high-resolution information.

3

Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

3
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A

A分野

土壌微生物機能発揮の鍵となる群集・
メタゲノム構造の特定

A03opics

キーワード

T

土壌微生物

群集ネットワーク

非線形時系列解析

環境DNA観測網ANEMONEのデータベース公開

2022.6.1

ANEMONE（All Nippon eDNA Monitoring Network）
は環境DNAを利用した生物多様性観測のネットワークです。
2017年より、研究者や行政 機関、市民ボランティアが全国
877地点、4,153回に渡り実施してきました。ANEMONE DB
は、環境DNAを用いた魚類調査のデータベース（ビッグデータ）です。近藤（東北大）の統括のもとで開発・運用され、充分なデータが蓄積されたことから2022年6月からオープン
データとして一般に公開されました。環境DNA一次データを蓄積した専用データベースの構築、およびオープンデータとして一般公開されることは世界初となります。

Link https://db.anemone.bio
土壌微生物の群集ネットワーク推定
研究が公表されました

画像

2022.8.16

微生物群集は、種間相互作用ネットワークと見なせる。
ストレス勾配仮説（SGH）は、よりストレスの高い環境では正の相互作用が好まれると予測する。本論文では、弱ストレス
温度条件（30℃）または強ストレス温度条件（37℃）で培養した土壌 微 生物 群のアンプリコンベースの多様 性時系列
データに非線形時系列解析を適用することで、微生物ネット
ワークが温度ストレスに応答する様子を明らかにした。温度の変化は、生物の入れ替わりだけではなく、相互作用の変更による群集ネットワークの再構築を引き起こし、群集全体における負の相互作用の割合が増加した。この反SGHパターン
は、代謝率の上昇と個体群密度の増加によって競争が激化したことで説明できる。

Link https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.02748-22

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Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

1
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B

B分野

東ユーラシア低～高緯度域を縦断した
大気-森林生態系の物質交換機能解明

1
0
B ics

キーワード

Top

乱流フラックス

光合成・蒸散気孔・群落コンダクタンス

大規模野外操作実験

植物生理生態

雪解け時期が早まると東ユーラシアの寒冷地に生えているササの成長が増加する

2022.6

近年、世界中の寒冷地において積雪に関係した気候変動が顕在 化しています。202 2 年に公開された最 新のIPCCの報告書では、北海道などの高緯度地域において、将来的に夏よりも冬において気温の上昇幅が大きくなると予測されており、雪解け時期の早期化などが起こるとされています。
今回の研究成果では、”雪解け時期の早まり”という寒冷地で予測されている気候変 動は、森 林の植物へ等しく影 響するのではなく、林 床 植 生と成 木 でその影 響の与え方が異なることを示しました。

Link https://research-er.jp/articles/view/112957
熱帯雨林樹木の葉の丈夫さは様々

画像2022.8葉の丈 夫さは被 食 防 衛 や 落 葉 後の 分 解を通じて、物 質
生 産や循 環など森 林 機 能に関 係する。熱 帯雨 林 は樹 種が 多 様で植 食 者も豊富だが、空 間 的な葉の強 度の 分布
情 報は 限られていた。私たちは 1 0 0 樹 種 以 上を対 象に、葉の丈夫さが樹 種に関係なく樹高に沿って連 続的に増加することを見出した。また葉内の維管束の周りに、透明な維 管 束 鞘 延 長 部と呼 ば れる組 織を持 つ葉（ 異 圧 葉）と持たない葉（等圧葉）で機能が異なり、異圧葉の方がより効率的に葉を丈夫にでき、光合成能力も高いことを明らかにした。

Link doi: 10.3389/ﬀgc.2022.1002472

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Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

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B

B分野

リモートセンシング技術による生態系構造、機能及び多様性の高精度観測

2
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B ics

キーワード

Top

リモートセンシング

ハイパースペクトル
生物圏機能

沿岸

森林

Dr. Jutarak Luang-on’s self-introduction

2022.7

初めまして！My name is Jutarak Luang-on from Thailand,
and you can call me “Air.” I have joined the Yokohama
Institute for Earth Science (YES), JAMSTEC as a postdoctoral
researcher. I am collaborating with Dr. Hideki Kobayashi and
Dr. Eko Siswanto on group B02 of the Digital Biosphere
project. I intend to continue working on developing ocean
color algorithms to detect and monitor red tides, hoping tocontribute to reducing their impacts. I plan to broaden the
research region to include the coastal waters of Japan andSoutheast Asia and create a diverse algorithm that can beapplied to existing and upcoming satellite observations.

航空機フィールドキャンペーンを実施しました画像

2022.9赤潮分布の把握を目的として2022年7月に航空機ハイパースペクトル 観測（イメージング分 光計による多波長画像の取得）を実施しました。
また，7～ 9月にかけてB03公募課題の比嘉准教 授（横 浜国立大学）と共同で東京湾内の洋上観測を実施しました。
図 は 、東 京 湾 で の 調 査 ポイントの 写 真と同じ日の 衛 星
データ（しきさい）による表層クロロフィル濃 度分布の様子です。
今 後、これらのデータを用いてリモートセンシングによる
赤 潮 検出 手法の改 良を進める予定です。

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Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

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C

C分野

高分解能な生物圏モデル開発と緩和シナリオの検討

C 01pics

キーワード

To

高分解能生物圏モデル

ROMS-PISCES
緩和策

VISIT

日本科学振興協会キックオフ会合でポスター発表2022.6.18

日本科学振興協会（JAAS）は「日本の科学を、もっと元気に」することを目的に新しく設 立された団体です。専門分野や
基 礎 応用にまたがり、さらに研究者と市民の垣根を越えて
日本の科学を活性化することを目指しています。東京国際交流 館プラザ 平安で開かれたキックオフ会合には多くの方々が参加し、シンポジウムやセミナーが開催されました。
ポスターセッションには学術変革領域研究などの大型プロ
ジェクトの紹介を含む多数のポスターが展示され、本 研究領域からも当班が代表してポスター発表を行いました。
当領域の活動を紹介できただけでなく、他領域の活動からも大いに刺激を受けた有意義なミーティングとなりました。

Link https://www2.aeplan.co.jp/jaas2022
生物圏と大気化学の間の相互作用に関する研究課題

画像2022.7.20

日本大気化学会では、今後10年間の研究について、関連研究者の意見を踏まえた将来構想の取りまとめを行いました。
実験・観測から全球モデルにわたる研究の現状と課題がまとめられており、ぜひ一読をお勧めします。生物圏における温室効果ガスや微量物質（揮発性有機化合物や火災起源の各種物質）の放出・吸収に関する課題も取り上げられ、本課題からは伊藤が「陸域生態系と大気化学」の執筆に協力しました。
生物 圏と大 気の間の相 互作用の解 明は、デジタルバイオ
スフェアでも重要な学際的研究課題であり、本領域からも積極的な貢献が期待されます。
持田陸宏、伊藤昭彦、松田和秀、谷晃 (2022) 陸域生態系と大気化学. 大気化学研究 47: 047A05

Link https://jpsac.org/news/post_4690/

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Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

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C

C分野

地球システムモデルによる生態系環境適応が気候へ与えたフィードバックの解明

C 02pics

キーワード

To

MIROC-ES2L

OECO2

順化

VISIT

気候変動-生態系応答フィードバック

海の10年ラボ「北西太平洋の豊かな海洋生態系の未来にむけて」を開催

2022.8.10

2021年からスタートした「持続可能な開発のための国連海洋科学の10年」の一環として、ドイツ連邦教育研究省とIOCUNESCO後援のもと、Ocean Decade Laboratoryがオン
ライン形式で2021年6月から1年間に渡って開催されました。
この活動に海洋研究開発機構も参加し、2022年6月1日に国際シンポジウム「北西太平洋の豊かな海洋生態系の未来にむけて」を行いました。地球 環境、気候問題を科学者の知識の中だけの議論に留まらせず、社会までをも含めたアク
ティビティに展開させることが、今、求められているのではないでしょうか。

Link https://www.jamstec.go.jp/rigc/j/topics/20220228/
羽島知洋さん(C02班)が2022年度日本気象学会堀内賞を受賞

受賞

2022.1.19

デジバイC 0 2 班 分 担 者の羽島 知 洋さん（海 洋 研 究 開 発機構地球環境部門グループリーダー代理）が「地球システム
モデルの開発と気候－炭素循環相互作用の研究」を通して気象学の境界領域・隣接分野あるいは未開拓分野への貢献に対して送られる日本気象学会堀内賞を受賞し、2022年10月の日本気象学会秋季大会で授与式が行われました。

Link https://www.metsoc.jp/2022/09/18/30101

8

画像

Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

公募班
令和4年度スタートの研究公募について
科研費・学術変革領域（A）の研究領域「デジタルバイオスフェア:地球 環境を守るための統合生物圏科学」（代表：伊藤昭彦）が今年度から始まりました。本領域の目的は、生物圏機能に関わる多様な研究分野の知見を「統合生物圏科学」として再構築し、高精度・高分解能なモデルを開発することで、地球環境激変を回避するための生物圏機能強化による対策を提示することです。
本研究領域の研究をより一層推進するために、領域のメンバーと連携しつつ研究を行う研究グループを公募いたしました。審査の結果、令和４(2022)年度は下記の研究グループが採択され、研究が進められています。

A分野
内海 俊介

北海道大学／准教授（進化群集生態学）

田中 健太

筑波大学／准教授（進化生物学）

永野 博彦

新潟大学／助教（温室効果ガス動態）

村瀬 潤

名古屋大学／教授（土壌微生物学）

西村 陽介
飯尾 淳弘
石原 正恵
中山 恵介

海洋研究開発機構／特任研究員（バイオインフォマティクス）
静岡大学／准教授（森林生理生態）京都大学／准教授（森林生態学）

神戸大学／教授（水環境工学）

兵藤 不二夫

岡山大学／准教授（同位体生態学）

安藤 麻里子

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構／研究主幹（同位体測定・解析）

白井 一正

B分野
両角 友喜

平野 高司

市井 和仁
甲山 哲生

比嘉 紘士

伊勢 武史

EPRON Daniel

片山 歩美

九州工業大学／研究員（ゲノム解析）

国立環境研究所／特別研究員（植生リモートセンシング）
北海道大学／教授（農業気象学）

千葉大学／教授（生物地球科学）

東京大学／助教（生態遺伝学）

横浜国立大学／准教授（人工衛星データ解析）京都大学／准教授（森林生態学）

京都大学／特定教授（森林生理学）

九州大学／助教（物質循環）

梁 乃申

国立環境研究所／室長（陸域生態系炭素循環）

秋津 朋子

宇宙航空研究開発機構／主任研究開発員（衛星リモートセンシング、分光生態学）

桑江 朝比呂国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所・港湾空港技術研究所／領域長（ブルーカーボン）

C分野
呉 文超

国際農林水産業研究センター／任期付研究員（統合評価モデル）

9Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

公募班

A

研究代表者

分野

環境DNAと適応形質の時空間変異によって明らかにする社会－生態－進化連関研究概要

内海 俊介 UTSUMI Shunsuke
北海道大学／准教授（進化群集生態学）

人新世における持続可能性を目標とするとき、生態(Eco)と進化(Evo)に加えて、人間の社会的活動やプロセス(Socio)を統合した社会－生態－進化連関の枠組みによる研究が新たに求められる。しかし、生態の進化の相互連関だけでも、理論研究や実験室研究によるものに限られており、非制御的・開放系の環境において、その実態と重要性は明らかになっていない。本研究は都市～郊外の環境傾度に着目し、人間による環境改変が生態と進化の永続的な連関にどのようなインパクトを与えるのか、生態と進化の連関によって、人間社会にどのようなフィードバックが生じるのかの２点を明らかにすることを目的とし、社会－生態－進化連関の実態解明を行う。

キーワード
都市進化

迅速な進化

生態－進化フィードバック

公募班

A

研究代表者

分野

森林と草原に何種の微生物、何円の価値が含まれるか？－植物共生微生物に着目して－研究概要

田中 健太 TANAK A Kenta

筑波大学山岳科学センター／（進化生物学）

基礎的な自然史分野や応用的な遺伝資源の分野においてもフロンティアと言えるのが、特定のホスト生物と共生している微生物です。この研究では植物共生微生物に着目することで、特定の地域生態系内に何種の微生物が生息し、何円の遺伝資源価値があるのかを、世界で初めて地域レベルで可視化することに挑むことにしました。
これらの研究成果の応用として、微生物多様性や遺伝資源価値の保全目標を設定した場合に、優先して保全するべき生息地はどこか、地域の何％を保全するべきか等に答えることができます。また、単純な仮定の下で、植生等の基礎情報が把握されている他地域にも本研究で開発するモデルを適用することができるでしょう。

キーワード
植物

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Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

共生

微生物

公募班

A

研究代表者

分野

ウイルスを捉えて生物圏機能を根底から西村 陽介
理解する―革新的メタゲノム解析技術の開発―

NISHIMURA Yosuke

海洋研究開発機構／特任研究員（バイオインフォマティクス）

研究概要

ウイルスは生物圏において圧倒的な粒子数を誇る。ウイルスは宿主に感染し、その代謝を改変することで宿主の死や生理的機能を司っており、生物圏を根底から制御している。しかしながら、ウイルスに関する知見は圧倒的に不足しており、「ダークマター」と呼ばれる未知のウイルスが多くを占める。
本研究では、新しいゲノム解析手法を開発し、「環境横断的」なメタゲノム・ビッグデータに適用することで、ウイ
ルスゲノムを大量に解読し、その活動実態を理解する。それによって、ウイルスの生態に関する知識基盤を大幅に拡充し、海洋・土壌・地下圏などの様々な環境においてウイルスが果たす生物圏機能の解明に貢献する。

キーワード
ウイルス

メタゲノム

メタアナリシス

大規模データ解析

公募班

A

研究代表者

分野

容易に抽出可能な水溶性有機物の同位体情報を活用する土壌有機物分解動態の解明

永野 博彦 NAGANO Hirohiko
新潟大学／助教（温室効果ガス動態）

研究概要

統合生物圏科学が目指すデジタルバイオスフェア構築には、微生物による土壌有機物分解動態の解明が不可欠である。しかし、直接測定の困難な有機物分解を推定可能な簡易かつ汎用的土壌分析手法は確立されていない。現在、
風乾土を水に浸し抽出できる水溶性有機物が微生物細胞に由来する可能性が見出されている。さらに風乾土の水
溶性有機物に含まれる炭素・窒素の同位体存在比を測定することで、微生物が実際に分解した有機物の生成時期
や分解特性を推定できる可能性がある。本研究では、風乾土から水抽出された水溶性有機物やその同位体存在比に着目し、各種陸域生態系における土壌有機物分解動態の推定に利用可能な土壌分析手法の確立を目指す。

Link https://sites.google.com/view/hirohikonaganohp
キーワード
土壌炭素

風乾土

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Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

有機物分析

水抽出

同位体

公募班

A

研究代表者

分野

温帯性樹木の
幹内部二酸化炭素フラックスの種多様性

飯尾 淳弘 IIo Atsuhiro
静岡大学／准教授（森林生理生態）研究概要

森林の炭素循環において樹木の非同化器官の呼吸は大きな割合を占めるが、呼吸で発生したCO2の一部が樹液に溶けて樹体内を移動する実態が報告されている。そうした内部CO2フラックスが大きいと、根の呼吸由来のCO2が幹から放出されるなど、樹体内でCO2の持ち去りや持ち込みが起こる。そのため、内部CO2フラックスの種多様性と違いを生じる原因を明らかにすることは、樹木の炭素収支を正確な評価につながる。本課題は
幹形態の大きく異なる種について、幹内部のCO2フラックスを定量しその種間差を明らかにする。そして、生育環境や樹木形質との関係も調べ、内部CO2フラックスを高める環境および生物的要因を明らかにする。

キーワード
幹呼吸

樹液流

幹内CO2 濃度

ガス拡散抵抗

種多様性

公募班

A

研究代表者

分野

土壌マイクロバイオームが固定する
CO2の動態解明

村瀬 潤 MUR ASE Jun
名古屋大学／教授（土壌微生物学）

研究概要

土壌における炭素貯留サイクルは、植物による光合成産物（地上部、根）からの有機物供給が起点であることが大前提であった。本研究では、土壌マイクロバイオームのCO2固定能力に注目し、土地利用体系の異なる土壌における土壌微生物によるCO2固定ポテンシャルを評価するとともに、微生物固定炭素の土壌中での動態（残留性、腐植化）を明らかにする。

キーワード
土壌微生物

CO2 固定12

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藻類

光合成

土壌炭素動態

公募班

A

研究代表者

分野

樹木における匂い受容を介した環境ストレスと 石原 正恵
病虫害への応答トリプルトークの解明

ISHIHAR A Masae

京都大学／准教授（森林生態学）

研究概要

樹木は高温、乾燥化、病虫害など様々なストレスに直面している。ストレス抵抗性制御機構を担っているサリ
チル酸、アブシジン酸、ジャスモン酸は、独立ではなく、拮抗・相乗作用、つまりトリプルトークが存在しており、その結果植物の実際のストレス応答が決まると考えられる。また、食害や傷害を受けた葉から匂いが放出され、被害を受けていない健全な他個体がその匂いを受容すると、防衛力が高まり、被害率が低くなるという「匂いを介した植物間コミュニケーション」が近年注目されている。つまり匂いを介してストレス応答が森林内に拡散していく可能性がある。本研究は、匂い受容による、植物のストレス応答トリプルトークの解明を目的とする。

キーワード
VOC

森林

公募班

A

植物間コミュニケーション

乾燥化

研究代表者

分野

湖沼における淡水ブルーカーボン増強に向けた
CO2調整機能の解明

中山 恵介 NAKAYAMA Keisuke
神戸大学／教授（水環境工学）

研究概要

二酸化炭素排出量の大幅な削減と併せて、吸収量の確保が重要な課題となっている。世界では、カーボンニュー
トラルの推進のために沿岸域における「ブルーカーボン研究」が成されている。一方、沿岸域に対して約2倍以上の面積を有する湖沼などの淡水域については、温室効果ガスの放出源と考えられていたが、大量の二酸化炭素の吸収源となっていることが明らかになった1) 2)。そこで本研究では、主要な炭素の吸収源である水草や藻類（主にシオグサ類）が多く存在する阿寒湖を対象とし、数値計算モデル3) も活用することで、水草や藻類の呼吸・光合成による二酸化炭素放出・吸収量、底質からの二酸化炭素の溶出量などを定量的に解明する。

キーワード
水草

TA

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Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

藻類

成層

DIC

流動

公募班

A

研究代表者

分野

土壌動物群集の同位体と兵藤 不二夫
DNAバーコーディングから炭素循環を理解する

HYODO Fujio

岡山大学／准教授（同位体生態学）

研究概要

陸上生態系において地下部に入った植物遺体は、土壌微生物や土壌動物によって分解され、有機物残渣が土壌に貯蔵される。この炭素隔離の仕組みは、気候条件や土性、近年では植物の機能形質や土壌微生物群集に着目しながら研究されている。しかしながら、有機物分解に関わる土壌動物の現存量や組成、そして土壌動物の餌資源はよくわかっていない。これらを明らかにするために、本研究はモニタリング1000の森林サイトにおいて、
土壌動物群集全体を対象とした安定同位体、放射性炭素、DNAメタバーコーディング分析を行う。そして、植物の機能形質や土壌微生物群集の特徴とあわせて、土壌動物群集と土壌炭素動態との関連を明らかにする。

Link http://www.cc.okayama-u.ac.jp/~fhyodo/
キーワード

土壌炭素蓄積
餌資源

土壌動物

同位体

DNAメタバーコーディング

公募班

A

研究代表者

分野

ゲノム配列に基づいた被子植物種ごとの炭素固定能力推定モデルの開発

研究概要

白井 一正 SHIR AI Kazumasa
九州工業大学／研究員（ゲノム解析）植物は、大気中の二酸化炭素を固定する能力を持つ、地球環境を改善する能力を持つ生命体である。地球
温暖化を緩和し、地球環境を安定化するためには、植物の光合成活動を活発化させ、分解されにくい有機物を植物に作らせる炭素固定能力を地球規模で向上させることが重要になる。しかし、植物種によって著しく異なる
炭素固定能力の把握はこれまで困難であった。そこで、本 研究では、陸上植物の90％を占める被子植物において、種ごとに異なる炭素固定能力を、遺伝情報であるゲノムから予測するモデルの構築を行い、その有用性を
複数の方法で検証する。

キーワード
遺伝子ファミリー

被子植物

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Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

炭素固定能力

公募班

A

研究代表者

分野

温暖化は土壌の炭素貯留能を低下させるか？
放射性炭素を利用したアプローチ

研究概要

安藤 麻里子 ATARASHI-ANDOH Mariko
日本原子力研究開発機構／研究主幹（同位体測定・解析）

土壌は植物体の約3倍、大気中の2倍以上の炭素を土壌有機物として蓄える炭素の貯蔵庫である。温暖化により長期間土壌に蓄積している難分解性の有機物が分解されると、土壌の炭素貯留能が低下し、炭素循環のバラ
ンスが崩れて地球温暖化に拍車がかかる恐れがある。本研究では、10年以上の長期にわたり温暖化操作実験を実施しているサイトを対象として、土壌表層から放出されるCO2の安定及び放射性炭素（13 C及び14C)を測定
し、土壌中の炭素同位体分布と比較することで、CO2の起源となる有機物が若いか古いか、表層か深層かを評価するとともに、温暖化の進行によりCO2の起源が変化するかどうかを明らかにする。

キーワード
放射性炭素同位体
微生物呼吸

公募班

B

安定同位体

土壌有機物

研究代表者

分野

森林生態系における地上と衛星SIF観測の統合による着葉期CO2吸収量の評価

研究概要

両角 友喜 MOROZUMI Tomoki
国立環境研究所／特別研究員（植生リモートセンシング）

気候変動の緩和のためにCO2吸収 量の広域における現状把握は急務である。これまでCO2吸収 量の広域
遠隔推定には、季節的な葉（色素）の量の変化をとらえるリモートセンシング指標が用いられたが、展葉後の比較的短い期間の変動や常緑樹など葉の変化が少ない対象においては適用が困難であった。一方、太陽光
誘 起クロロフィル蛍光(SIF)はより短 期の光 利用効率や光化学系のストレス応 答を反映する。本 課題では
常緑・落葉など異なる３つの森林生態系観測タワーにおいてSIF―CO2吸収量―生態系タイプの関係を解析し、衛星SIF観測データを利用することで葉のついた状態のCO2吸収量の変動について広域的に明らかにする。

キーワード
クロロフィル蛍光

地上リモートセンシング 衛星観測

高波長分解能スペクトル 炭素循環

15

Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

公募班

B

研究代表者

分野

森林生態系の根呼吸の時間変動に関する特性と要因を解明する

平野 高司 HIR ANO Takashi

北海道大学農学研究院／教授（農業気象学）

研究概要

日本の森林サイトにおいて、渦相関法と大型自動チャンバーを用いて正味生態系CO2交換（NEE）と土壌呼吸を同時連続観測する。まず、機械学習により、土壌の物理・化学的な環境要因から微生物呼吸を推定するモデルを作成し、土壌呼吸から根呼吸を分離する。また、チャンバー内の細根動態を測定し、根呼吸と細根動態および地温との関係性をモデル化し、根呼吸を成長呼吸と維持呼吸に分離するとともに、地温に対して標準化した
根呼吸を求める。標準化した根呼吸とNEEから推定される群落光合成（GPP）との連動性と周期性について
ウエーブレット解析を行い、両者の遅れ時間の季節変化を定量化したい。

キーワード
森林生態系

光合成

公募班

B

根呼吸

時間変動

研究代表者

分野

観測ビッグデータ駆動型の広域陸域水・物質循環推定による陸域生態系変動の診断

市井 和仁 ICHII Kazuhito
千葉大学／教授（生物地球科学）研究概要

陸域生態系における広域の水・物質循環については、推定の不確実性が高いとされてきた。近年になり、地上観測網データ・衛星観測データの整備や計算機技術の発展に伴い、観測データ（観測ビッグデータ）に基づく推定が可能になってきた。本研究では、これら観測データ・機械学習・簡易モデリングを駆使して、観測ビッグデータに駆動された広域の陸域水・物質循環を推定することを第一の目的とする。さらに、過去約20年に渡る変動を評価し、近年の変動傾向、極端な変動の抽出とその変動メカニズムの解明を第二の目的とする。本研究で構築するデータセットは、本領域全体で利用可能な基盤的な広域データセットとなりうるものである。

キーワード
陸域生態系

広域推定

モデリング
16

Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

炭素循環

水循環

リモートセンシング

公募班

B

研究代表者

分野

BVOC放出を介した動的な植物-葉圏微生物相互作用の解明

甲山 哲生 KOHYAMA Tetsuo
東京大学／助教（生態遺伝学）

研究概要

植物は大気中から吸収した炭素の一部を、揮発 性有機 化合物（BVOC）として放出しています。BVOCは、
エアロゾル形成などを介して大気化学過程に多大な影響を及ぼしますが、BVOC放出の適応的意義や進化過程については多くが未解明です。我々はこれまでに、日本固有の重要樹種であるスギを対象に、BVOC放出量や組成に大きな種内変異があることを明らかにしました1。本研究では、スギが放出するBVOCと葉圏微生物（葉の表層に生息する微生物）の関係に着目し、化学分析とメタゲノム解析、共通圃場実験、環境操作実験を組み合わせて、進化生態学的な観点からBVOC放出を介した植物－葉圏微生物相互作用の解明を目指します。

キーワード
生物起源揮発性有機化合物

葉圏微生物

植物-微生物相互作用

メタゲノム解析

公募班

B

スギ

環境操作実験

研究代表者

分野

海色リモートセンシングによる沿岸域のための固有光学特性推定法の開発

研究概要

比嘉紘士 HIGA Hirot

横浜国立大学／准教授（人工衛星データ解析）

海色リモートセンシングにおいて、高い生物生産性と生物多様 性を有する沿岸域では、陸域 起源の粒子や溶存有機物の流入、植物プランクトンの高濃 度化等により光環境が複 雑であり、水中物質量の推定精度が低下する問題を抱えている。本研究では、水中物質の光吸収や光散乱を表す固有光学特性（Inherent Optical
Properties: IOPs）に着目し、光環境が複雑な沿岸域に適する汎用的で高精度な新しいIOPsの推定アルゴリズムの開発を目的とする。また、ハイパースペクトルセンサーを含む最新の高分解能の海色衛星データを使用すること
で、IOPsの広域推定を実現し、沿岸環境の生物圏機能と環境応答の解明に貢献する。

キーワード
植物プランクトン

有色溶存有機物
人工衛星データ

17

Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

海洋光学

GCOM-C

公募班

B

研究代表者

分野

AIとUAVを活用した
リモートセンシングの強化

伊勢 武史 ISE Takeshi
京都大学／准教授（森林生態学）

研究概要

リモートセンシングは生態圏機能の把握のために有用だが、観測精度やコストなど改善が望まれることも多い。
本研究では、マルチ／ハイパースペクトルデータにAI解析を適用することで植生識別の精度を大幅に向上させる。
従来は別々に発展してきたリモートセンシング研究とAI画像解析を融合し、これまで取得できていなかった情報を最大限抽出する。さらに、個葉レベルの空間分解能で可視光（RGB）情報を取得する低コストなUAV（ドローン）を用いて異常検知（枯死や病虫害の発見）などを実施する。本研究領域の観測・実験キャンペーンに可視光
UAVで参加し、LiDARなどの他の手法との比較検証を行う。

キーワード
人工知能

UAV

リモートセンシング

マルチスペクトル

convolutional neural networks

公募班

B

研究代表者

分野

Tree ring isotope composition to inform models
assessing the sensitivity of the forest carbon budget toincreased atmospheric CO2 and climate change

研究概要

EPRON Daniel

Kyoto University,/Professor(tree physiology)

Reliable projections of future forest carbon dynamics are needed owing to the role of forest in the global
carbon budget. The objective is to demonstrate that the isotope composition of tree rings provides
invaluable information on the physiological response of forests. We will demonstrate that the tree ringisotope signals track the interannual variations in canopy photosynthesis, evapotranspiration and standlevel water use eﬃciency, by comparing simulation using a multi-layer ecosystem gas exchange model.

キーワード
Tree rings

stable isotopes

forest carbon budget atmospheric CO2
climate change watershed
18

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公募班

B

研究代表者

分野

異なる気象条件下における森林生態系の細根 片山 歩美
生産量：NPP配分比率の変動解明に向けて

K ATAYAMA Ayumi

九州大学／助教（物質循環）

研究概要

森林生態系において、1年間に生産する細根の量（以下、細根NPP）は、葉や幹枝の生産量と同程度であるにもかかわらず、細根NPPのデータは非常に少ないという問題があります。さらに、細根生産量と葉や幹枝の生産量の比率は、気温や降水量などの環境要因や樹種によって大きく変動することが知られており、森林の炭素循環を予測するうえで大きな不確定要素となっています。また、細根生産量の推定方法は多くの方法が提案されている
ものの、いまだ確率した方法はありません。そこで本研究では、全国各地の多様な森林において、細根NPPを同一手法により測定し、環境要因や樹種が葉・幹枝・細根へのNPP配分比率に与える影響を評価することを目指します。

キーワード
純一次生産量イングロースコア炭素循環

アロケーション

公募班

B

研究代表者

分野

東ユーラシア域を網羅する土壌炭素放出の温暖化影響とフィードバック効果に関する研究

研究概要

梁 乃申 LIANG Naishen

国立環境研究所 / 室長
（陸域生態系炭素循環）

気候変動が森林土壌に蓄積した膨大な量の有機炭素の動態に及ぼす影響を解明するため、独自に開発・維持してきた「世界最大規模のチャンバー観測ネットワーク」を活用し、東ユーラシア域を網羅する代表的な森林
生態系において土壌CO2フラックスの自動連続測定を行うとともに、温暖化操作及び降雨操作実験を実施する。
また、有機炭素分解に寄与する土壌微生物動態や、土壌有機炭素代謝回転速度に関わる土壌放 射性炭素
（ 14C）の分析によって、土壌有機炭素分解の温暖化応答メカニズムを解明する。得られたデータを総合的に解析することで、東ユーラシア域における超高解像な土壌CO2フラックスの広域推定と将来予測を目指す。

キーワード
森林生態系

土壌有機炭素19

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二酸化炭素
自動測定

公募班

B

研究代表者

分野

革新的手法を用いた
ブルーカーボン生態系によるCO2吸収観測

桑江 朝比呂 KUWAE Tomohiro

港湾空港技術研究所／領域帳（ブルーカーボン）

研究概要

生物圏の機能を活用するための生物圏モデル構築に貢献するデータや知見を提 供するため、本 研究では、
新たに開 発する「ブルーカーボンドローン」に搭載のCO 2 濃 度 計、風 速 計、慣 性 計 測システム（I M U）、
QZSS（みちびき）対応測位システムから構成される「タワーレス渦相関システム」によって大気－生態系間CO2フラックスを実測し、かつ同ドローン搭載のグリーンレーザースキャナと音響スキャナを用いて海中植生
バイオマスを3 次元マッピングにより、炭 素プール 量を決定づける植 生バイオマスを同時・広域（>1 ha）・
非 破壊的に観測可能にすることを目的とする。

Link https://www.pari.go.jp/press/2021/20210405.html
キーワード
ドローン

渦相関法

グリーンレーザー

浅海域生態系

公募班

B

研究代表者

分野

長期地上観測で捉える「陸域生態系の環境応答は人工衛星でどう見えるか」

秋津 朋子 AKITSU Tomoko

宇宙航空研究開発機構／
主任研究開発員（分光生態学）

研究概要

気候変動に対する環境応答のシグナルをいち早くとらえ、社会に発信することは喫緊の課題である。陸域生態系の環境応答のシグナルは、人工衛星から得られた情報、特にNDVIを始めとする各種の植生指数の時空間変動として検出・評価されることが多い。近年打ち上げられた人工衛星GCOM-Cから得られる2つの緑バンドからは、
植物生理的な環境応答をも検出可能となることが期待されている。本研究では、長期地上観測ネットワーク(PEN) のカメラ画像と分光データを用いて、新たに人工衛星から得られる指標からどのような陸域植生の環境応答を捉えることができるかを明らかにし、PENの長期観測を継続することを目的とする。
http://pen.envr.tsukuba.ac.jp/
Link https://sites.google.com/site/akitsupublic/home

キーワード

Phenological Eyes Network

GCOM-C
カメラ

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Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

分光

長期観測

公募班

C

研究代表者

分野

Developing an agricultural production andland-use change model and examining theland-use scenarios under mitigation policies

研究概要

呉 文超 WU Wenchao

国際農林水産業研究センター／
研究員（統合評価モデル）

Future land-use change as a result of agricultural production and land-based climate mitigation
determined by socio-economic conditions and climate policy could continue to exert an enormous impact
on the global environment. Therefore, further understanding of the future land-use scenario, land-based
mitigation potential, and implications on the Earth System induced by land-use change is urgently needed.
This study provides a tool to assess future land-based mitigation potentials and project future spatial
land-use scenarios for the Earth System models.

キーワード
Agricultural production

land-use change mitigation policy
socioeconomic scenarios

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Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2

研究実績／活動実績
2022年度「学術変革デジタルバイオスフェア全体会合」
を開催しました

開催日: 2022年9月5日（月）- 6日（火）会場（ハイブリッド形式）： 東京大学農学部1号館 1階 第7番教室 & Zoom

プログラム詳細PDF： https://digital-biosphere.jp/wp/wp-content/uploads/2023/01/DB_AllHandsMeeting2022_Agenda0902.pdf
プログラム

9月5日（月）10:00 – 16:50
開会挨拶： デジタルバイオスフェアの全体像 伊藤昭彦（国立環境研究所）
招待講演1： 領域に関わりそうな光合成研究 寺島一郎（東京大学）
C分野 分野代表・公募研究発表：
伊藤昭彦（国立環境研究所），加藤知道（北海道大学），呉 文超（国際農林水産業研究センター）
B分野 分野代表・公募研究発表：
日浦勉（東京大学），小林秀樹（海洋研究開発機構），両角友喜（国立環境研究所）， 平野高司（北海道大学），
市井和仁（千葉大学），甲山哲生（東京大学），比嘉紘士（横浜国立大学）
研究発表（フラッシュトーク）：
山北絵理（九州大学），木庭啓介ら（京都大学），大西信徳（京都大学），Rahman Md Farhadur (京都大学)，
Htoo Kyaw Kyaw (京都大学)
B分野 公募研究発表：
EPRON Daniel (京都大学) ，桑江朝比呂（海上・港湾・航空技術研究所・港湾空港技術研究所），
秋津朋子（宇宙航空研究開発機構）
ディスカッション
9月6日（火） 10:00 – 17:00
A分野 分野代表研究発表：
彦坂幸毅（東北大学），小野田雄介（京都大学），近藤倫生（東北大学）
A分野 公募研究発表：
飯尾淳弘（静岡大学），内海俊介（北海道大学），田中健太（筑波大学），西村陽介（東京大学），
永野博彦（新潟大学），村瀬潤（名古屋大学）
A分野 公募研究発表：
西岡(石原)正恵（京都大学），中山恵介（神戸大学），兵藤不二夫（岡山大学），白井一正（九州工業大学）
ディスカッション
研究発表（フラッシュトーク）：
阿部隼人（九州大学），吉田直史（東北大学），伊藤僚祐ら（京都大学），梶野浩史（東北大学），彦坂幸毅（東北大学）
招待講演2： 気候変動影響に対する緩和と適応からのデジタルバイオスフェアへの期待 三枝信子（国立環境研究所）
意見交換： これから2年間の方向性，マイルストーン
アドバイザー講評
学術調査官講評： 永野惇（龍谷大学），三輪京子（北海道大学）
閉会挨拶： 総括班 彦坂幸毅（東北大学）

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デジタルバイオスフェア
地球環境圏を守るための総合生物圏科学

お問い合わせ伊藤昭彦
国立環境研究所 地球システム領域
物質循環モデリング・解 析研究室
Email: dibi-info@nies.go.jp

https://digital-biosphere.jp/

加藤知道
北海道大学 大学院農学研究院 連携 研究部門
Email: tkato@cen.agr.hokudai.ac.jp

2023年1月発行

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Digital Biosphere Newsletter 2023 vol.2