2019年6月

No.47

グリーンランド北西部・ボードイン氷河での観測（撮影：杉山 慎）

Research

People ……………………………… 6
Report光学顕微鏡で観る氷表面での大気との反応（長嶋 剣） ……………………………………………………… 2

昆虫の自然免疫と環境適応（落合 正則） …………………………………………………… 4「グリーンランドとアイヌの狩猟文化：
環境保全と文化継承の取り組みから」「ARCTIC LIFE
〜極北の狩人と雪氷学者を囲んで〜」（杉山 慎） ………………………… 12
海外調査（杉山慎） ……………… 14

Press Release／News

北海道大学低温科学研究所
http://www.lowtem.hokudai.ac.jp

R esearch
光学顕微鏡で観る氷表面での大気との反応
雪氷新領域部門

氷表面での化学反応と環境問題

長嶋

剣

え捉えることが可能となりました。この最新の光学顕微

大気中では様々な分子の化学反応が起こり、その結果

鏡で氷表面を観察すると、疑似液体層はこれまで考えらとして我々にとって生活しやすい地球環境となっていまれてきたような均一な膜厚で氷表面全体を濡らしている

す。このバランスが崩れるとオゾン層破壊による紫外線

わけではなく、部分的に濡れている状態であることがわ

増加や、二酸化炭素増加による地球温暖化といった環境

かりました。その後の研究で、擬似液体層の出現・消失

問題を引き起こしてしまうわけです。また、大気中での条件や膜厚、物性なども明らかになりつつあります。詳

化学反応だけではなくエアロゾルなど固体微粒子上でのしくは過去の低温研ニュース No.33 佐﨑先生、No.42

化学反応（不均一反応）も重要であることがわかってい村田先生の報告をご覧ください。

ます。例えば氷表面での酸性ガスの反応によって、オゾン層破壊や大気汚染ガスの増加に繋がることが知られています。

氷表面に現れる酸性液滴
私はこの特別に改良した光学顕微鏡を使って、酸性ガ

氷表面でどのような化学反応がどのぐらいの反応速度ス（今のところ塩化水素、硝酸ガス、二酸化炭素）が氷で起きているのかは、ガス組成の変化を追うことで実験

表面の疑似液体層に与える影響について調べています。

的に調べることができます。しかし、氷表面の分子１つ

酸性ガスの無い窒素 100% 雰囲気下の場合、およそ１つを追えるわけではないので、実際にどのような事が-2℃より温度が高いと氷表面に擬似液体層が出現し、そ起こっているのか、例えば化学反応の経路や何が反応速れより低いと消失することがわかっています。ところが

度を決めているのかを明らかにする事は簡単ではありま

酸性ガスがあると疑似液体層は低温でも安定に存在するせん。さらに、氷の場合は疑似液体層という現象があるようになり、-20℃でも疑似液体層は残ったままでした。

ためなおさら複雑になっています。

我々の研究により酸性ガスが無い場合の疑似液体層は熱力学的な安定相ではなく準安定相であることがわかって０℃以下でも濡れている氷表面

います。一方、酸性ガスがある場合の疑似液体層は酸性

疑似液体層とは融点より低い温度で結晶表面に現れガスが溶け込むことで酸性液滴となっていることがわかる薄い液膜のことで、特に氷の疑似液体層についてはりました。酸性液滴は融点が低くなるため氷点下の氷表

150 年以上前のマイケル・ファラデーから始まる長い面でも安定に存在できるわけです。

研究の歴史があります。結晶表面がドライな状態なのかウェットな状態なのかは、摩擦、吸着、成長・蒸発様式など様々な表面物性に影響を与えるため、結晶表面での化学反応にとっても非常に重要なはずです。しかしながら、ナノメートル厚みしかない疑似液体層の全容は未だに捉えきれていないのが現状です。
そのような中、光学顕微鏡で氷表面の疑似液体層を直接観察するというユニークな研究が 10 年程前から低温科学研究所にて始まりました。改良した光学顕微鏡（共焦点微分干渉顕微鏡）の高さ分解能は 1 nm 未満と非常に高く、氷表面の分子が作る階段（高さ 0.4 nm）でさ2

図 1 塩化水素ガスがあるときの -10℃の氷表面。
氷表面上に見られる突起が塩酸液滴。高さは 100 nm 程度しかないが、特殊な顕微鏡で高さを強調しているため容易に観察できる。氷の成長に伴い塩酸液滴は氷の中に埋没していくが、１時間後に氷を蒸発させると埋没した塩酸液滴が同じ場所から再出現する。

RESEARCH

このような特徴は酸性ガスの種類によらずほぼ同じでウェットな氷表面が与える影響とは？

したが、水蒸気の量を変えて氷を成長・蒸発させると酸

これらの結果からガス分子がどの程度氷に保持される性ガスごとの違いがよりはっきり見えてきました。硝酸のかを考えてみます。保持量が多ければ多いほど化学反ガスと二酸化炭素の場合は、氷の成長・蒸発によらず氷応にとって有利になるわけです。まず、ガス分子は固体

表面の液体層はほとんど動くことなく存在し続ける一方である氷の中にはほとんど入れません。そのため液体層で、塩化水素の場合だけが氷の成長に伴い氷表面の塩酸の無いドライな氷表面では、ガス分子のほとんどは表面

液滴を氷の中に取り込むことがわかりました（図１）。

吸着という形で保持されます。一方ウェットな氷表面では酸性液滴の中に多量のガス分子が存在できることにな

私は結晶成長学を専門としていますが、結晶の成長にります。塩化水素に至っては、酸性液滴が氷内部に取り伴って表面液滴が埋没する現象は全く予想していなかっ

込まれることで氷内部にも多量のガス分子が保持されるた結果でした。液滴が埋没するかどうかは、どうやら氷ことになり、その量は 10 倍以上に達することがわかりに接した液滴のどの部分から氷が成長していくかによっました。以上のように、氷表面での化学反応の元となるて決まっているようですが（図２）、酸性ガス分子のど

分子の量を求めるだけでも表面液体層の存在によりかなのような特徴がその違いを引き起こしているのかはまだり複雑であり、表面液体層の性質を調べることが重要で明らかではありません。どのようなガス分子がどのようあることがわかってきました。

な温度・水蒸気量の条件で、氷表面の液滴の埋没を促す

また、ウェットな表面で変わるのはガス分子の保持量のかを詰めていくことで、埋没メカニズムの解明に繋がだけではなく、例えば氷の成長速度や蒸発速度も変わる

ることを期待しています。

ことになります。二酸化炭素増加による地球温暖化によって氷や雪が融けてしまうことが心配されています

塩化水素ガス

硝酸ガス、二酸化炭素

が、たとえ氷点下だとしても氷は蒸発して水蒸気となることで減少してしまいます。どのぐらいの二酸化炭素

酸性液滴

濃度・氷温度で氷表面がウェットになるのか？ウェット

氷な氷表面からの氷の蒸発速度は促進されるのか抑制されるのか？といった点を今後調べていきたいと考えていま
す。

成長

成長

埋没

底面が成長

埋没しない

CHCl > 8%
TF < ‐10℃

図 2 酸性液滴の埋没メカニズム（左列）塩化水素ガスの場合。氷が成長する時に、氷－液滴－大気界面から優先的に成長すると酸性液滴の表面を氷が覆ってしまい最終的には氷の中に酸性液滴が埋め込まれる。（右列）硝酸ガス、二酸化炭素の場合。
氷が成長する時に、氷－液滴界面から平均的に成長すると埋没は起こらない。結晶成長学分野では VLS 成長（Vapor-Liquid-Solid 成長）としてよく知られたメカニズムである。

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R esearch
昆虫の自然免疫と環境適応
生物環境部門昆虫とはどんな生き物か落合

正則

他の生物種や個体からの作用である生物的環境要因に分昆虫は極域から熱帯まで陸地のさまざまな環境に適応けられます。感染症を引き起こす細菌やカビなどの真菌しています。約 4 億 8 千万年前に甲殻類（エビやカニのは環境ストレスとなる生物的環境要因の代表といえます。

類い）の一部のグループが海洋から陸上に進出し、陸生

種分布や個体数に大きく影響を与える病原菌などに対抗になった最初の動物群とされています。その頃の地球のするために備わっているのが生体防御系、いわゆる免疫

大陸は現在のものとは形も配置も大きく異なり、その後です。ヒトの免疫に関する研究は医学の領域として多くの衝突と移動を繰り返して現在の陸地になりました。昆の研究がされていますが、無脊椎動物などの他の動物の虫は大陸に乗ったまま地球上の各地へ散らばり、新たな免疫については今でも不明なことが多くあります。ここ

環境へ適応していったと考えられます。現在、昆虫は生

20 年くらいの間に大切なことが徐々にわかってきまし

物種として約 100 万種が記載されており、地球上の生物た。ヒトでは体内に何か異物が入ってきたときに抗体と全体の記載種の半分以上を占めています。ヒトを含む哺いうタンパク質を作り、抗体が異物の認識や処理に大き

乳動物は約 5,500 種ですので、種数だけでも 200 倍近な役割を果たしていることは昔から知られていました。

くが確認されていることになります。なぜこれほど多様

このような抗体に代表されるようなシステムを獲得免疫性に富んだ生物グループになったのか、その理由には諸といいます。獲得免疫は異物と出会って徐々に増強され説ありますが、さまざまな環境への適応が進化の原動力ていくシステムですが、生まれたときから機能しているとなって多様性を生み出したと考えられます。この昆虫

基本的な免疫システムを自然免疫といいます。ヒトは獲の多様性の背景となっている環境適応の分子基盤や分子

得免疫と自然免疫の両方を備えていますが、そのような機構の解明が当分野の研究の目的であり、モデル生物で生き物は全動物種のわずか 4% の種にしか過ぎず、昆虫あるカイコで生化学、分子生物学的な手法を用いて生体を含む他の生物種は自然免疫のみで体を守っています。

内の物質の解析を行っています（図 1）。

環境ストレスとしての微生物感染

昆虫の自然免疫昆虫が海から陸に進出した時、陸にはいずれ天敵になすべての生物は生息場所の環境からの影響を受けておる脊椎動物はまだいませんでしたが、土壌や淡水中の細り、さまざまな環境要因に対応して生きています。環境

菌やカビなどの目に見えない微生物と戦わなければなり要因の中には温度、湿度、光量などの物理的環境要因とませんでした。現在でも腐葉土や腐敗物を生息場所とする昆虫は多く、これらは常に微生物感染のリスクを負って生活しています。昆虫の体は微生物にとって栄養豊富な資源になりえることから、微生物感染に抵抗できる強力な生体防御系を発達させていったと考えられます。昆虫の外骨格は硬いクチクラでできており、物理的バリアーとして機能していますが、外皮表面に付着したカビの胞子などはプロテアーゼやキチナーゼで外皮を溶かして菌糸を体腔内へ伸ばしていきます。多くの生物の免疫には液性と細胞性の反応があります。昆虫の体内に微生物が侵入すると、血液（血リンパ）中の異物に特異的な認識タンパク質が結合し、液性と細胞性の免疫反応が始まります。液性の反応とは血液や体液中のタンパク質な図 1 実験に用いているカイコ幼虫
研究室では数百頭のカイコを常時飼育しており、卵から蛹までのいろい
ろな発育段階をそろえている。

4

どが行う反応で、昆虫の液性免疫反応の代表的なものとしては、抗菌ペプチド（抗生物質のようなもの）の産生と異物周囲でのメラニン形成が知られています。メラニ

RESEARCH

ンは外皮に傷害反応とどのように連携しているのか、
血球細胞同士のネッを負った時にもトワーク等に関する分子レベルの解析はあまり進んでは観察されますが、いません。

微生物が感染す

細胞性反応の食作用や包囲化の初期には異物に向かっるとフェノールて血球細胞が糸状突起を伸ばしたり、変形したりするこ性物質を酸化しとが観察されています（図 3）。突起伸長に関してはプラて異物周囲にメ

ズマ細胞伸長ペプチドと呼ばれるサイトカイン（細胞間ラニンをつくり、相互作用に関与する低分子タンパク質）が既に他のグルー

物理的に異物をプにより報告されていました。このサイトカインが活性隔離します（図を示す時は 23 アミノ酸が連なった低分子タンパク質の2）。また、メラ形をしていますが、普段は不活性な前駆体（N 末端側にニンの生成過程90 アミノ酸がついている）で血液中に存在し、特異的なでできるキノン

プロテアーゼによる限定加水分解で活性化すると考えら中間体には細胞れています。現在、私達はこのプロテアーゼの同定を行っ毒性があることており、サイトカイン前駆体の活性化機構の詳細を解析

から、隔離されする予定です。実はこのサイトカインには他の機能があた微生物の死滅

ることがわかっています。寄生バチにより卵を産みつけにも役立っていられた蛾の幼虫の成育を阻害したり、筋肉を収縮させてると考えられて全身を麻痺させたりする多機能性サイトカインであるこいます。細胞性とが他の研究グループから報告されています。また、佐の免疫反応は血賀大学の早川洋一教授のグループとの共同研究で低温ス

液中の血球細胞が担う異物に対する反応で、多くの昆虫トレスなどを昆虫に与えるとこのサイトカインが活性化で共通しているのは食作用や包囲化と呼ばれる反応です。

し、その発現量が増加することを突き止めました。これ

食作用は血球細胞より小さい細菌などを細胞内に取り込までこのサイトカインはチョウ目の昆虫からのみ報告さんでしまう反応で、包囲化は血球より大きい糸状菌や寄れてきましたが、近年ショウジョウバエから同じ生理機

生蜂の卵などに対し複数の血球細胞で取り囲む反応のこ能をもつペプチドを特定し、その構造とともにストレスとです。液性と細胞性の免疫反応は微生物感染から同時応答に関与するサイトカイン受容体を同定することに成に並行して進行しますが、細胞性反応の詳細は明らかに功しました。今後は他の環境ストレス応答におけるこのされていない部分が多くあります。我々の研究室では当サイトカインの役割や活性化の分子機構を明らかにする

初メラニン形成系活性化の分子機構について調べていまとともに免疫機能と環境ストレスの関係についても調べしたが、今では抗菌ペプチド産生や血球細胞の免疫反応たいと思っています。

図 2 カイコ外皮のメラニン化
カイコ 5 齢幼虫を高温多湿（29˚C、湿度 80%）の環境で飼育し、真菌類の感染を促した場合、外皮のメラニン化（黒点）がおこる。右のパネ
ルは左のパネルの白枠内を拡大したもの。（A）
は通常（24˚C）の温度で飼育した個体。
（B）菌
糸の伸長によりメラニン形成系が活性化して、侵入箇所が黒点として観察される。

についても研究対象になっています。

ストレス応答に関与するサイトカイン
昆虫の体液に抗菌活性があることやケガをしたときの傷害周辺がメラニン化することは 100 年以上前から知られていました。抗菌ペプチドの産生系とメラニン形成系に関する研究はそれぞれ独立した研究分野として 1990
年代から徐々に研究が進み、活性化の引き金となる異物
認識タンパク質が共通であることが後にわかりました。
現在ではそれぞれの系を構成する複数のタンパク質の大部分が明らかになっており、2 つの系の連携を示すタン
パク質の同定にも成功しました。液性免疫に関与する因子の遺伝子やその発現の解析は進んでいますが、細胞性

図 3 血球細胞の伸長反応
カイコ 5 齢幼虫の血球細胞（左、通常）にプラズマ細胞伸長ペプチドを加えて伸長させた（右）。血球細胞の伸長は細胞性免疫反応である食作用や包囲化の際に観察され、プラズマ細胞というタイプの血球細胞のみが
伸長する。

5

PEOPLE
着任のご挨拶
水・物質循環部門

中山佳洋

はじめまして。中山佳洋（なか近年、南極大陸上に存在する氷が減少し、海面上昇（年

やまよしひろ）と申します。2018

間約 0.3mm）に寄与していることがわかってきました

年 11 月 26 日 に 海 洋・ 海 氷 動 体が、この主な原因は氷河の流動速度の増加にあるとされ分野の助教に着任しました。これています。

ま で、Alfred Wegener Institute/
University of Bremen（博士課程）、NASA ジェット推

棚氷の役割、"冷たい"棚氷と"暖かい"棚氷進研究所（NASA ポスドクフェロー）にて、南極沿岸域

棚氷は、湾内など囲まれた領域に形成されやすく、氷の海洋棚氷相互作用についての研究を行ってきました。

河の流れを塞きとめる効果があります。その効果から、修士過程は、低温科学研究所の海洋・海氷動体分野に所

棚氷は時折、南極からの氷の流出を抑制する栓の役割を属していたので、約 8 年ぶりに戻ってきました。特に、するとして、ワインのコルクに例えられることがありま

観測データと海洋数値モデルを統合的に利用して、現実す。例えば、もし、ある氷河の棚氷が瞬間的に失われての南極海で何が起きているのかを理解することが私の研しまえば、氷河の流動を止めている " 栓 " が失われてし究のテーマです。

まうので、上流部の氷河の流れは急激に加速して、大量の氷が海へと流出してしまうこととなるのです。

南極の氷の収支と海面上昇
南極大陸には、地球上の氷の約 90% が存在し、その近年、西南極に位置するアムンゼン海（図 2）の棚氷

量は海水準で約 60 メートルに相当します。南極の氷は、が薄くなってきていることが報告されています。例えば、雪が降り積もり圧迫されることで形成され、徐々に大陸

アムンゼン海東部に位置するパインアイランド棚氷の厚沿岸部へと流れ、氷河として海へと流れ込み、棚氷をさは、1970 年代から現在までに約 600m から約 400m形成します（図 1）。棚氷とは、氷が海へと押し出され、まで、減少しました。コルクを緩めて、ワインボトルを陸上から連結して洋上にある氷を指します。このように傾ければワインがボトルから流れ出てしまうように、棚して、南極大陸上に降り積もる雪は、長い時間をかけて、氷厚の減少は、氷河をせき止める効果を弱め、氷河を加海洋へと流出していくのです。つまり、南極大陸上に存速させます。事実、パインアイランド氷河の流動速度は、在する氷の総量は、インプット（南極大陸への降雪量）、

1970 年代には年間 2km だったものの、2013 年には年アウトプット（氷河としての海への流れ込み（氷河の流間 4km まで加速しています。この結果、たった一つの動速度））によってコントロールされることになります。

ちいさな氷河（幅約 40km）によって、海水準を年間約0.13mm 上昇させる量（全南極による海面上昇への寄与の 1/3 以上）の氷が海へと流出しているのです。将来
的に、さらに、氷河をせき止めている棚氷の栓が緩み、南極からの氷の流出が増加すれば、海面上昇がより加速します。海面上昇は、世界中の沿岸部の損失、地下イン
フラへの浸水、地下水の塩水化などを引き起こすとされ、差し迫った問題です。

図16

南極の質量収支を表す概略図。

PEOPLE
現状、こういった急激な棚氷の薄化が見られるのはほんの一部の領域に限られます。南極沿岸の棚氷は、大ま世界的に注目される東南極トッテン氷河域、海洋棚氷相
互作用に内在する不安定性

かに " 冷たい " 棚氷と " 暖かい " 棚氷の二種類に分けらワインのボトルには、小さいボトルのものから大きなれます。" 冷たい " 棚氷とは、棚氷下部に比較的冷たい

ボトルのものがあるように、氷河にも上流部に蓄えてい海水が流入しているものを指します（図 2 の青で囲む部

る氷の量に差があります。例えば、パインアイランド氷分）。この冷たい水塊は、冷たい大気に冷やされること、河上流部の氷がすべて海へと流出した場合、1.2m 程度

また、海氷形成に伴った海への塩分の排出によって形成

海水準が上昇すると推定されています。東南極に位置す

されています。その一方で、西南極に位置するアムンゼ

るトッテン氷河上流部には、3-4 メートルほど、海水準

ン海、ベイリングスハウゼン海では、南極周極流（南極を上昇させることができるだけの氷が存在しており、こ大陸の周りを時計回りに流れる海流）が、大陸に近いとの値は単一の氷河としては非常に大きな値です。

ころを流れ、周極深層水と呼ばれる水温 1.0 ～ 1.5 ºCの比較的暖かい水塊が、陸棚上へ流入しています。棚氷

近年の、砕氷船や人工衛星を用いた観測から、安定し下部にも水温 1ºC 度近くの海水（海水の結氷温度は約ていると考えられてきた " 冷たい”棚氷下部に暖かい水–2ºC）が入り込み、棚氷の融解、薄化が進んでいます（図塊が（少量であるが）流入していることがわかってきま

2 の赤で囲む部分）。

した（例 : トッテン棚氷、フィルヒナー・ロンネ棚氷）。
さらに、複数の海洋数値モデルを用いた研究から、" 冷たい " 棚氷から " 暖かい " 棚氷への変化は、急激（10-20
年程度またはそれ以下）に起こり得るのではないかということが指摘されています。現状、顕著な薄化は、ア
ムンゼン海、ベイリングスハウゼン海（図 1）の 10 程度の棚氷に限られます。しかし、南極沿岸部には、100
平方キロメートルを超える棚氷だけでも、60 以上あり、" 暖かい " 棚氷の数が増えれば、" コルク " 効果が弱まり、南極大陸からの氷の流出は現状の 30 倍近い値となる可能性もあります。ワインバーであれば、コルクが空いた
ワインが多いことは喜ばしいですが、より多くの氷河が海面上昇に寄与するようになるのは、深刻です。

図 2 南極周りの 400-1200m 深の平均水温。陸棚上に高温の水塊がある
場所を赤丸、低温の水塊がある場所を青丸 で囲む。AS、BS、WS はそ れ
ぞれ、アムンゼン海、ベイリングスハウゼン海、ウェッデル海を示す。
FR 棚氷、T 棚氷、PI 棚氷は、フィルヒナー・ロンネ棚氷、トッテン 棚氷、
パインアイランド棚氷 を示す。灰色のコンターは南極周極流を形成する前線の位置を示す（図は Jenkins et al., 2016 を自身で加筆したもの）。

7

PEOPLE
退任のご挨拶
（元田中 歩
生物環境部門）低温科学って何だろう？

は光合成を行っている葉とは違い、途中まで流れるがす

寒冷圏常緑樹の不思議

ぐに行き止まりになってしまう。このような状況は、活

冬季の低温下で何故常緑樹は緑性酸素種のひとつである 1O2 が作られるため光合成で最を維持できるのだろうか？これはも危険と考えられている。さらに、様々な解析を加える

光合成においてまだ解決できていことで次のような仮説を提案した。冬季の常緑樹は光エない大きな疑問の一つである。光合成研究者はなぜこれネルギーを熱に変換するシステムが発達し、反応中心まを不思議に思うのだろうか。答えは簡単だ。クロロフィで到達するエネルギーを抑制している。それでも反応中

ルが光エネルギーを捕捉すると、クロロフィルは励起さ心まで到達したエネルギーは、行き先のない電子を元にれ、そのエネルギーは二酸化炭素から糖を合成するのに戻すこと、すなわち電子を空回りさすことでエネルギー利用される。ところが凍結温度下で二酸化炭素を固定すを捨てている。このことで冬季の常緑樹は光から身をる酵素が働かなくなれば、クロロフィルが捕捉したエネ守っていると考えた。つぎに、熱への変換機構を詳しく

ルギーは行き場がなくなり、その結果活性酸素を発生さ解析するために、時間分光解析を行った。その結果、冬せ細胞死を引き起こすからである。それなのに、常緑樹

季のエネルギー散逸経路に関して少し明らかになった。

は冬季美しい緑を保持している。

一方、エネルギーの散逸は光合成の基本問題であり多くの仮説が提案されている。イチイの低温適応に関する研低温科学から一般的な問いへ究を進めていくうちに、少しずつ低温の研究からは離れ、この疑問に答えるため、研究室の前にある常緑樹イチ

光合成の一般的な課題、すなわちどのようにして過剰エ

イを材料に研究を始めた。常緑樹の低温適応の全体像を

ネルギーを捨てているのかになってしまった。同じこと理解するため、冬季の葉緑体はどのような形をしているが葉緑体の細胞内の位置に関する研究でもみられた。このか、また捕捉された光エネルギーはどのように処理されは我々の研究ではないが、葉緑体の移動（細胞の中心れるのかを調べた。面白いことに、冬季の葉緑体は形をに集まる）が冬季のコケでも観察された。この研究は

変えジグソーパズルのように互いに接着し、細胞の中心

その後葉緑体の移動機構という基本的な研究に発展してに存在していた。
この様な葉緑体は一般的には見られず、いった。このように低温に関する研究を進めていくと、光合成を行うことはできなかった。冬季のイチイの枝を最終的には低温の研究から離れてしまい、生物の基本的

室温に置くと 24 時間後には夏にみられるような葉緑体な（general な）課題へと進んでしまうのである。

に変化し、再び光合成を始めた。温度に依存して葉緑体の形と位置を変えるのは面白い現象である。それでは光8

一般的な問いから低温科学へ

合成はどうなっているのだろうか。そこで、冬季のイチ

しかし、興味深いことに、これとは逆のプロセスも経イを温度の制御できるフリーザーに置き、様々な温度で験した。私たちの研究室ではクロロフィル分解の研究も

クロロフィル蛍光を測定した。この実験から次のような行っている。クロロフィル分解経路の最初を担う酵素ことが分かった。冬季クロロフィルが光エネルギーを捕は Mg をクロロフィル分子から引きはがす反応を触媒す

捉するとその多くが熱に変換された。しかし、すべてのる。この酵素（Mg- 脱離酵素）はクロロフィル分解を制エネルギーを熱に変換することはできず、一部反応中心

御する最も重要な酵素であるが、不明のままであった。

まで運ばれた。しかも反応中心ではそのエネルギーを利

少し長い時間が必要であったが、我々はこの酵素の同定

用して電子を流す駆動力が生まれた。しかし、その電子に初めて成功した。これでクロロフィル分解の基本的な

PEOPLEところは解明されたことになり、大変喜んだ。面白いこの方と一緒に植物生理分野の低温科学の論文を分析すとにこの酵素は落葉樹の低温適応に極めて重要な役割をることにした。植物生理学の代表的な雑誌、Plant Cell

担っていることが明らかになってきた。秋も深まり、気Physiology と Plant Physiology に 1995 年 と 2010 年

温が下がると、多くの落葉樹が美しい紅葉を示し、最後に掲載されたすべての論文の分類を試みた。手法としては落葉する。この紅葉の生理的な意味はまだ不明であるは、この論文のタイトルと Abstract に使われている単が、落葉前の重要な過程であることは確かである。私た語によってクラスター解析を行った。得られた樹形は興ちが同定に成功した Mg- 脱離酵素はこの紅葉を制御す味深かった。例えば、2010 年の論文の Clade の中に、るタンパク質であることが次第に明らかになってきた。

時々 1995 年の論文が見られた。この論文はおそらくそ

実際、ポプラにこの酵素を一過的に発現させると、葉はの分野では先駆的な仕事をしたのだろう。話を低温に戻

紅葉し、最終的には落葉してしまう。おそらくこの酵素

そう。構築された樹形をみると、光合成はある程度少数

が紅葉と落葉という重要な低温現象を制御しているのだのまとまり（Clade）を示したが、低温科学の論文は様々ろう。このようにクロロフィル代謝という植物の基本的な Clade に分散していた。このことは、植物生理学のな課題に取り組むなかで、期せずして低温の重要な現象

分野では、低温科学はまとまりのある分野ではなく多くの解明につながってしまった。

の分野に分散していることを示している。すなわち、植物生理学の様々な分野に低温科学の課題があるというこ

植物生理学における低温研究の特徴とである。このことは、私たちが経験した研究過程、すこのように、一方では低温科学を進めていくうちに低なわち低温科学を進めると一般的な課題に発展し、一方

温科学とは離れてしまい、他方では低温とは一見関係のでは低温とは関係の薄い研究と思われていたものが低温ない課題に取り組んでいると低温科学の重要な問いに答

科学の重要な問いに答えるものとなる、と関係があるのえてしまう。このような科学の発展様式は他の分野とはかもわからない。低温学とは何だろうというのが低温研

少し違うようだ。このような低温科学の特徴をもう少しに赴任以来の私の問いであった。定年を迎える時になっ科学的に解析できないだろうか。そこで、研究支援員て初めて一つの答えに出会ったような気になった。

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PEOPLE
異動のご挨拶
元

水・物質循環部門

深町康

昨年 10 月に本学の北極域研究

法です（写真 1）。この手法には、多くのノウハウが必センターに異動し、その後は低温要で、測定機器が観測終了時に首尾よく回収できないと科学研究所の兼務教員となっておデータが全く取得できないリスクがありますが、季節変

りましたが、昨年度末でその任務

動や年による変動を調べるのには非常に効果的なものでを終えました。低温研には、1992

す。また、極域海洋では冬季には海氷が存在するため、

年 11 月に当時の海洋学部門に採用されてから、長年に現場観測の機会は非常に限られるのですが、夏季に測器渡って大変お世話になりました。

の設置・回収を行うと海氷の生成が最も盛んな冬季を含めたデータを取得することが可能なため、特に有用であ

これまでの研究について
低温研では、海氷が存在する極域海洋であるオホーツ

観測のノウハウが十分に備わっていませんでしたが、日ク海、南極海、北極海、グリーンランドなどで現場観測

本国内はもとより、アメリカ、オーストラリアとの共同研究に取り組んできました。特に、集中して取り組んだ研究などを通して様々なノウハウを蓄積してきた結果、のは、海流、水温・塩分、海氷の厚さなどの測定機器

最近では低温研内でも海洋研究者だけでなく、氷河・氷を浮き、ロープ、重りなどを使って海中に数ヶ月から 2

床研究者によっても幅広く行われるようになりました。

年間程度の長期に渡って設置する係留観測と呼ばれる手

写真 1

10

ると言えます。私が着任した当時の低温研にはこの係留

オーストラリアの砕氷船での係留機器の設置作業の様子。

PEOPLE
低温研内外の研究者と共同しての係留観測研究によっく異なっています。また、国立極地研究所、海洋研究開て、オホーツク海では「幻の海流」とも呼ばれていたサ発機構とともに、北極域研究共同推進拠点という共同研

ハリン沖を南下する東樺太海流の実態解明、南極海では究・共同利用拠点を形成しています。本センターおよび世界中の海洋を巡る大循環の一部であるインド洋セク

本拠点では、北極域研究についての様々な共同研究やイ

ターの北上する深層流の実態解明、海洋大循環の起点とベントを実施しておりますので、ご関心がありましたら、なる比重が最も大きい海水である南極底層水の生成域が低温研の皆様にもご参加頂ければ幸いです。今後ともど

昭和基地の東方 1200km のケープダンレー沖にもある

うぞよろしくお願いいたします。

ことを突き止めたりすることができました。ここでは、上記のうち、南極海インド洋セクターの深層流の研究について簡単に紹介します。世界中の気候に大きな影響を与える海洋大循環のうち、北大西洋を起点とする深層流については大規模な連続観測が行われていましたが、南極海を起点とするものについては十分な観測が行われていませんでした。この点を踏まえて、2003 年 2 月から 2 年間に渡って、南極海インド洋セクターのケルゲ
レン海台沖において、オーストラリアと共同して大規模な係留観測を実施し、この海域を北上する南極底層水の深層流を連続的に計測しました。その結果、平均して20cm/s 以上の深海としては非常に強い流れが赤道に向かっていることを突き止めました（図 1）。この流速は、

図 1 2 年間の連続観測から求めた平均的な南北方向の流速（等値線で表記、単位は cm/s で、正の値が北上流）と水温（色で表記）の鉛直断面図。ケルゲレン海台（4000 m より浅い部分）の東方沖で、南極底層水（青で示した水温 0 度以下の部分）が最大で 20cm/s を超える速さで北上しているのが分かります。図中のシンボルは、計測に使った測器の設置場所。

これまでに 3500m 以深の深海で計測されたものとしては最大で、流れ全体でみると毎秒 1200 万立方メートル（東京ドームの 10 杯分）の南極底層水を運んでいることになります。同時に、この北上流による輸送量は時間的にも大きく変動していることを初めて明らかにしました（図 2）。この結果は、南極海の主要な南極底層水の北上域でも、北大西洋と同様な大規模な連続観測を実施することの重要性を示しています。

北極域研究センターについて
私の異動先の北極域研究センターは 2015 年 4 月に

図 2 北上する南極底層水の輸送量の時系列（青線）。緑線は 2 年間の平均値。赤丸は船舶観測で見積もられた輸送量。変動が大きいために、連続観測を行わないと平均値が正確には求められないことが明らかです。

設立された新しい部局で、北極域の持続可能な開発・利用・保全の推進に寄与することをビジョンとしています。
自然科学研究については低温研とも重なる部分もあり、低温研からも 8 名の方に兼務教員として参画して頂いています。ただし、人文・社会科学を含む異分野連携や産学官連携に強くコミットしている点が低温研とは大き11

Report■低温研主催の一般市民向けイベント「グリーンランドとアイヌの狩猟文化：環境保全と文化継承の取り組みから」（北大総合博物館）「ARCTIC LIFE ～極北の狩人と雪氷学者を囲んで～」（日本科学未来館）
共同研究推進部（雪氷新領域部門） 杉山

慎

低温科学研究所・共同研
究推進部プログラム「北極域
氷河氷床変動」では、グリーンランドにおいて氷河氷床と海洋の相互作用について研究を進めています。2019
年2月にはグリーンランド・
カナック村から研究協力者を招へいし、札幌と東京で一般市民向けのイベントを開催しました。
日本に招かれたのは大島ト ク 氏。40年 以 上 前 に 日本から現地に移り住んだ大島育雄氏の長女です。トク氏はカナック村で狩猟や漁

図1

グリーンランドで海洋観測をサポートするトク氏。

業を営むとともに、毛皮を使った伝統工芸品の製作を響を与えるか、一般市民の方々と一緒に考えることを行っています。犬ぞりを使った猟や伝統工芸を実践し目的としました。

て、グリーンランドで失われつつある伝統文化を地元

北大総合博物館で開催した2月15日のイベントでの子供たちに伝える役割も果たしています。またトクは、北大のアイヌ・先住民研究センターと協力して、グ氏は環境変化にも深い関心を持ち、グリーンランドでリーンランドと北海道の狩猟文化に焦点を当てまし研究を行う科学者に協力しています。2018年には、た。グリーンランドの自然と狩猟文化を紹介するトク

雪氷研究者・社会科学者らと執筆した書籍「Meaning

氏のプレゼンテーションに続いて（図2）、アイヌ伝統

of Ice」が、北極に関する優れた著作に贈られるノル文化の研究者と文化継承の担い手が講演。その後のパウェーの「Mohn賞」を受賞しました。

ネルディスカッションでは、グリーンランドと北海道

カナック村を中心とした私たちの野外観測活動に、に北方文化としての共通点が数多く存在することにトク氏の協力は欠かせません。特にトク氏が運転する

驚かされました。会場を訪れた80名の聴衆は、雪と氷ボートに乗った海洋観測で、これまでにも大きな成果に覆われたグリーンランドの自然環境と、厳しい自然を挙げてきました（図1）。またトク氏を通じた現地の環境のもとで生活する人々の知恵と文化に聴き入っ人々との交流が、自然科学と社会科学を結んだ新しいていました（図3）。また休憩時間には、会場に展示され北極研究の可能性を開いてくれました。トク氏の来日たアザラシの毛皮製品や民族衣装を手に取って、北極で実現した一連の催しでは、グリーンランドの自然環

圏を肌で感じていました。

境と文化を紹介し、気候変動が北極圏にどのような影

12

Report

図2

テレビ放映「北大総合博物館で講演するトク氏」

図3

会場に訪れた参加者（会場：北大総合博物館）

2月23日には東京へ移動して、先鋭的な展示で知ら

来日は30年振りという大島トク氏。グリーンランド

れるお台場の日本科学未来館へ。科学コミュニケーとは全く異なる生活に戸惑いながらも、北極文化とアタ―と呼ばれる専門家の力を借りて、参加者と一体とイヌ文化の共通点に関心を示し、大好きな子供たちとなった魅力的なイベントが実現しました。写真を使っの交流を楽しんでいました。トク氏が語った自然環境てグリーンランドを紹介した後は、トク氏がグリーンと伝統文化の変容は、集まった市民に深い印象を与えランドから持参したアザラシの毛皮でキーホルダー

ました。北極における急速な気候変動は、地球規模でをつくります。3歳から70歳まで、40名の参加者が環境と社会にインパクトを与えています。気候の変化

トク氏との会話を楽しみながら手を動かしました。会とその影響をより良く理解するため、私たちも北極域

場には、かつて北極圏を犬ぞりで駆け巡った冒険家

での研究活動に力を入れていきます。紹介したイベン

や、今年1月に徒歩で南極点に達した冒険家も。カートは、ArCS 北極域研究推進プロジェクトの助成を受

ペットの上で車座になって、狩猟、文化、冒険、気候変

けて、アイヌ・先住民研究センター、北極域研究セン動などなど、様々な話題に花が咲きました（図4）。特にター、日本科学未来館と共同で実施しました。実施に小中学生は動物の毛皮に興味深々で、いつまでもそのご協力頂いた皆様に深くお礼申し上げます。

手触りを確かめていました。

図4

トク氏を囲んだ参加者との交流の様子（会場：日本科学未来館）

13

Report
海外調査
■杉山

慎

（1）調査・観測先：パタゴニア・グレイ氷河（2）期間：2018年11月（3）参加者：杉山慎
（低温研）
、
波多俊太郎
（低温研・環境科学院M2）（4）カウンターパートの機関名：チリ・アウストラル大学（5）観測目的：
湖に流入するカービング氷河の変動メカニズムを明らかにするため、南米・パタゴニア氷原において野外観測を実施した。チリ・グレイ氷河が流入する湖では、2017年3月に設置した係留系を回収して1.5年間にわたる
湖水温度・流速データを取得した。
また、湖水物理特性の測定および湖底地形測量を実施した。その後、回収した係留系をアルゼンチンに輸送して、ウプサラ氷河前の湖に再設置した。本研究は科研費（基盤B 16H05734）の助成を受けて実施したものである。

氷河の前で湖水特性を測定中観測を行ったパタゴニア・グレイ氷河

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係留系の回収に成功！

Press Release（2018/11/5）

２つの海峡を渡った日本固有種ニホンジネズミ～北海道と韓国済州島への人為的移動～
発表者：助教大舘

智志

研究成果の概要
北海道大学低温科学研究所の大舘智志助教らの研究グループは、日本固有種ニホンジネズミ（トガリネズミ科）の分布域全域からのサンプルを用いた遺伝型の分布調査により、日本列島の東西における分布状況を解明し、北海道と韓国済州島におけるニホンジネズミが人間活動によって移入されたことを明らかにしました。
ニホンジネズミは本土地域（本州、四国、
九州とその周辺の島々）の他に、北海道南部と、遠く離れた韓国の済州島にも分布しています。
各地で採集した個体について、母親からのみ遺伝する性質（母系遺伝）をもつミトコ
ンドリア遺伝子と核にある遺伝子の塩基配列を比較したところ、ミトコンドリア遺伝子の型は日本列島の東西で、重複地帯なしに明瞭に二分されました。その境界線は、北は福井県から発し、岐阜県を通り、南は愛知県と三重県の境界付近にありました。
一方、北海道の一部と済州島のニホンジネズミは、それぞれ東北地方と九州の個体群とほぼ同じ遺伝子型を持つことがわかりました。
ところが、これらの地域の間にはそれぞれ津軽海峡と朝鮮海峡があり、それらが本土地域と最終的に分離したのは10 ～ 15万年前と推定されています。一方、今回の遺伝子データから、分子時計と呼ばれる原理で北海道と済州島の個体群の分離時期を推定すると、9万年前から現在までに分かれたという結果を得ました。
つまり個体群の分離は2つの海峡の形成後かなりの時間が経ってから起こっており、この2つの個体群は自然分布ではあり得ないことが示されました。この最近のニホンジネズミの移動は、人間活動に伴って行われたことを強く示唆する成果です。
なお、本研究成果は、日本時間2018年10月19日（金）公開の Mammal Study 誌にオンライン掲載されました。
論文発表の概要
論文名：Phylogeography of the Japanese white-toothed shrew (Eulipotyphla: Soricidae）: a clear divisionof haplogroups between eastern and western Japan and their recent introduction to some regions（ニホンジネズミ（真無盲腸目、トガリネズミ科）
における系統地理学：ハ プログループの明瞭な東西分割といくつかの地域における最近の移入）
著者名：大舘智志1、吉澤和徳2、高田靖司3、本川雅治4、岩佐真宏5、新井
立石

隆10、呉

智6、森部絢嗣7、植松

康8、酒井英一9、

弘植11、木下豪太12（1北海道大学低温科学研究所、2北海道大学大学院農学研究院、3愛知

県春日井市、4京都大学総合博物館、５日本大学生物資源 科学部、6国立感染症研究所、7岐阜大学野生動物
管理学研究センター、8愛知学院大学歯学部、9愛知学院大学短期大学部、10神奈川県藤沢市、11大韓民国
済州大学校師範大学、12京都大学大学院農学研究科）
雑誌名：Mammal Study（日本哺乳類学会が出版する哺乳類学の英文専門誌）
ＤＯＩ：10.3106/ms2017-0059
公表日：日本時間2018年10月19日（金）
（オンラ
イン公開）

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Press Release（2019/1/22）

水の中で一分子層ずつ成長する氷を直接観察～氷と水はどう区別されるのか？～
発表者：助教村田憲一郎

研究成果の概要
北海道大学低温科学研究所の村田憲一郎助教らのグループは、オリンパス株式会社と共同開発した独自の光学顕微鏡技術を駆使し、氷の融点に近い温度で現れる擬似液体層＊1の内部で氷が一分子層ずつ層状に成長する様子を観察することに成功しました。
過冷却水（氷点下でも凍らずに液体の状態を保っている水）からの氷の生成・成長はとても身近な現象です
が、意外にもその成長メカニズムに深く関わる氷－水界面のミクロな構造については十分に理解されていません。
本研究では、これまで村田助教らが研究してきた擬似液体層と氷の界面を氷－水界面のモデルと捉え、擬似液体層内部で氷が成長する様子を実時間・実空間で直接観察しました。
その結果、氷は擬似液体層という融液の中にあっても、一分子層ずつ層状に成長していることが新たにわかりました。
このことは、結晶と融液の境目は明確に定義できないという従来の定説に反し、融点直下かつ過冷却融液に接しながらも氷の最表層が結晶的な層状秩序を維持していることを強く示唆します。本研究成果は、
氷－水界面のミクロな構造と結晶成長メカニズムを新たに解き明かすと同時に、水以外の物質の融液成長を理解するための普遍的枠組みを与える重要な成果といえます。
なお、
本研究成果は、2019年1月18日（金）公開のPhysical Review Letters誌に掲載されました。
論文発表の概要
論文名：How Do Ice Crystals Grow inside Quasiliquid Layers?（氷結晶は擬似液体層の中でどのように成長するのか？）
長嶋
著者名：村田憲一郎1、

剣1、
佐﨑

元1（1北海道大学低温科学研究所）

雑誌名：Physical Review Letters（物理学の専門誌）
ＤＯＩ：10.1103/PhysRevLett.122.026102
公表日：2019年1月18日（金）（オンライン公開）【用語解説】＊1

擬似液体層 … 氷の表面は氷点下にあっても非常に薄い水膜で濡れており（表面融解）、この水膜のことを擬似液体層という。この水膜はより氷に近い構造を持つと予想されているため、通常の水と区別するために擬似液体層と呼ばれている。近年の村田助教らの研究から、その厚みは10nm（1億分の1メートル）程度であることがわかっている。

＊2

相転移 … 温度や圧力を変化させたときに、物質の相（気体・液体・固体などの状態のこと）がある点を境に変化する現象。

＊3

気相・溶液成長 … 前者は気相から直接結晶が生成・成長する現象を、後者は溶液に溶け込んだある物質が温度や濃度を変化させることで結晶として析出し、溶液内で＊4

レーザー共焦点微分干渉顕微鏡 … 微分干渉顕微鏡は、光の干渉を利用して試料表面の高さ変化を明暗のコントラストに変換する。一方、レーザー共焦点顕微鏡はピンホールと共に光源としてレーザーを用いることで焦点面におけるノイズ光の影響を大幅に除去し、観察像を鮮明にする。レーザー共焦点微分干渉顕微鏡は、この二つを組み合
わせ、さらに様々な改良を加えた独自の光学顕微鏡で、一分子レベルの段差を可視化する非常に高い分解能を有する。

16

Press Release（2019/1/29）

冬眠ハムスターの白色脂肪組織に冬支度の秘密をみる～肥満や生活習慣病予防へも新たな視座～
発表者：教授山口良文

研究成果の概要
北海道大学低温科学研究所の山口良文教授、東京大学大学院薬学系研究科大学院生（当時）の茶山由一氏、三浦正幸教授、自然科学研究機構基礎生物学研究所の重信秀治准教授、福山大学薬学部の田村 豊教授らの研究グループは、餌を貯蔵しながら冬眠する哺乳類シリアンハムスターが、冬眠時、エネルギーを蓄える機能をもつ白色脂肪組織において、脂肪を合成する同化系と分解する異化系の両方を著しく増強させることを解明しました。
冬眠する哺乳類は、
長い冬眠の間、体内に貯蔵した大量の脂肪を効率的に燃焼させてエネルギーを取り出すと考えられていますが、その仕組みは多くの点が不明です。本研究の成果は、この仕組みに迫ることで肥満症や生活習慣病の理解にも新たな視座を与えうるものです。
な お、 本 研 究 は 科 学 技 術 振 興 機 構 さ き が け（JPMJPR12M9）、日本学術振興会科学研究費補助金（JP16H05127、JP16K15114、JP18K19321、JP26110005）、細胞科学研究財団、かなえ医薬振興財団、
武田科学振興財団、
積水化学自然に学ぶものづくり研究助成、他の支援を受けて行われました。また、本研究成
果は、
英国時間2019年1月28日（月）
公開のFrontiers in Physiology誌に掲載されました。
論文発表の概要
論文名：Molecular basis of white adipose tissue remodeling that precedes and coincides with hibernationin the Syrian hamster, a food-storing hibernator（餌貯蔵型冬眠動物シリアンハムスターが示す、冬眠に先行しかつ一致する白色脂肪組織リモデリングの分子基盤）
著者名：茶山由一1、安藤理沙1、佐藤佑哉1、重信秀治2、姉川大輔1、藤本貴之1、泰井宙輝1、田 村 豊3、三浦正幸1、山口良文4（1東京大学大学院薬学系研究科 遺伝学教室、2基礎生物学研究所、3福山大学薬学部、4北海道大学低温科学研究所 冬眠代謝生理発達分野）
雑誌名：Frontiers in Physiology（生理学の専門誌）
ＤＯＩ：10.3389/fphys.2018.01973
公表日：英国時間2019年1月28日（月）（オンライン公開）【用語解説】＊1

モデル生物 … 実験室での飼育や維持が比較的容易で、かつ遺伝学的背景が担保され分子生物学的解析手法などによりメカニズムの因果関係が検証できる生物のこと。多細胞生物ではマウス、ショウジョウバエ、シロイヌナズナ、ツメガエル、メダカなどが代表例。

＊2

次世代シーケンサー … 遺伝子をコードする
DNAやRNAの塩基配列を高速で大量に解読することができる機械のこと。

＊3

亢進 … 機能が活発になること。

＊4

冬眠終了 … 冬条件に置かれたシリアンハムス
ターの冬眠は、数ヶ月ののち、冬条件に置かれているにも関わらず自発的に終了する。

17

Press Release（2019/3/11）

水中に突き出した氷が氷河の崩壊を引き起こす～南米パタゴニアで氷河の水中観測に成功～
発表者：教授杉山慎

研究成果の概要
北海道大学低温科学研究所の杉山 慎教授らの研究グループは、南米パタゴニアで湖に流れ込む氷河の水中観測に成功し、氷河の先端が水中でテラスのように突き出した様子を初めて確認しました。
明らかになった氷河の形は、海水中で観測された結果とは大きく異なり、淡水に流れ込む氷河の変動メカニ
ズムを知る上で重要な発見です。
水中の氷には浮力がはたらくため、氷河の先端部分に大きな力がかかって崩壊する可能性が高まります。
今回観測した氷河でも実際にそのような崩壊現象が起き、浮き上がってきた水中の氷を直接確認することに成功しました。
この研究結果は、
これまでほとんど知られていなかった氷河の水中形状を明らかにし、氷河末端の崩壊メカ
ニズムを新しく提案するものです。
世界で氷河の融解が進む中、パタゴニアをはじめ多くの地域にみられる、湖に流入する氷河について、
その変動メカニズムの理解につながるものと期待されます。
なお、
本研究成果は、2019年2月12日（火）公開の Geophysical Research Letter 誌に掲載されました。
論文発表の概要
論 文 名：Underwater ice terrace observed at the front of Glaciar Grey, a freshwater calving glacier inPatagonia（パタゴニア・グレイ氷河の先端は水中でテラス状に突き出ている）
著者名：杉山慎1、箕輪昌紘2、マリウス・シェーファー 2（1北海道大学低温科学研究所、2チリ・ アウスト

ラル大学）
雑誌名：Geophysical Research Letters（地球科学の専門誌）
ＤＯＩ：10.1029/2018GL081441
公表日：2019年2月12日（火）（オンライン公開）

18Press Release（2019/4/3）

世界で初めて地下氷から北極海の海洋環境を復元～北極海の海洋環境を包括的に復元する指標を提唱～
発表者：准教授
助教

飯塚

芳徳

的場

澄人

研究成果の概要
北海道大学低温科学研究所の飯塚芳徳准教授・的場澄人助教らの研究グループは、アラスカの地下氷（アイスウェッジ）に含まれるメタンスルホン酸イオン濃度から、過去の海洋環境の復元に世界で初めて成功しました。
同グループはアラスカ・バロー地域の永久凍土層内の地下氷に含まれるイオン種を分析し、いくつかある
イオン種のうちメタンスルホン酸イオンが過去の海洋生物由来物質であることを明らかにしました。メタン
スルホン酸イオン濃度は約1万2700年前に起きた寒冷期（寒の戻り；ヤンガードリアス期）に高濃度であったことから、
この寒冷期にも北極海アラスカ沖のビューフォート海が海氷によって閉ざされてはおらず、何らかの海洋生物の活動があったことが示唆されました。この寒冷期の北極海の海氷変動については様々な議論があり未だ結論は出ていません。
北極圏の陸地のほとんどは地下氷を含む永久凍土であることから、今回の結
果は、北極海広域の海氷変動を地下氷から復元する新しい環境指標（プロキシ）を提案したことになります。
この指標を用いて海氷面積変動のメカニズムが明らかになることで、近年の温暖化で著しく減少している
北極海の海氷面積変動の将来予測の向上が期待されます。なお、本研究成果は、2019年3月26日（火）公開のEarth and Planetary Science Letters 誌にオンライン掲載されました。
論文発表の概要
論文名：Ion concentrations in ice wedges: an innovative approach to reconstruct past climate variability（地
下氷のイオン濃度：過去の気候変動復元に向けた革新的アプローチ）
宮本千尋2、
的場澄人1、
岩花
著者名：飯塚芳徳1、

剛3, 4、堀内一穂5、高橋嘉夫2、漢那直也4、鈴木光次6、大野浩7（1北海道大学低温科学研究所、2東京大学大学院理学系研究科、3アラスカ大学フェアバンクス校（アメリカ）、
4北海道大学北極圏研究センター、5弘前大学大学 院理工学研究科、6北海道大学大学院地球環境科学研究院、
7北見工業大学工学部地球環境工学科）
雑誌名：Earth and Planetary Science Letters（地球惑星科学の専門誌）
ＤＯＩ：10.1016/j.epsl.2019.03.013
公表日：2019年3月26日（火）（オンライン公開）

左：アラスカ・バロー地域の永久凍土層
右：採取した地下氷

19

Press Release（2019/4/19）

津波を使って氷河から流出する氷山の量を測定～グリーンランドで新しい観測手法を開発～
発表者：北極域研究センター

助教

Evgeny Podolskiy

北海道大学低温科学研究所

教授

杉山

慎

研究成果の概要
北海道大学北極域研究センターの Evgeny Podolskiy 助教、低温科学研究所の杉山 慎教授らの研究グループ
は、アウストラル大学（チリ）の箕輪昌紘研究員らと共同で、グリーンランド北西部のカービング氷河＊1でカービ
高い時間分解能で氷山の流出量を測定することに成功しました。
ング＊2によって発生する津波を測定し、津波を使ったカービング観測は、同グループによって開発された手法で、今回初めてグリーンランドの氷河に応用しました。
観測の結果、氷山の流出量が気温上昇、氷河加速、潮位変化に連動して増加することが明らかになりました。
また、氷山の流出は氷河末端で失われる氷総量の20%に相当し、残りの80%は海中での融解によって生じることが示唆されました。
これらの研究成果は、これまで困難であった氷山の流出量を測定する新しい手法を提案し、カービング氷河の変動に重要な役割を果たす氷河・海洋相互作用の理解を推し進めるものです。
なお、本研究成果は、2019年4月1日（月）公開の Earth and Planetary Science Letters 誌に掲載されました。
また、
本研究は、GRENE北極気候変動研究事業及び北極域研究推進プロジェクト（ArCS）の助成を受け、ア
ウストラル大学（チリ）、
スイス連邦工科大学（スイス）、フィレンツェ大学（イタリア）との共同研究によって実施しました。
論文発表の概要
論文名：Calving flux estimation from tsunami waves（カービング津波を用いた氷山流出量の推定）
著者名：箕輪昌紘1、Evgeny Podolskiy2、Guillaume Jouvet3、Yvo Weidmann3、榊原大貴2, 4、津滝
杉山
Riccardo Genco6、慎2, 4（1アウストラル大学、2北海道大学北域研究センター、3スイス連邦工科大学、4北海道大学低温科学研究所、5東京大学、6フィレンツェ大学）
雑誌名：Earth and Planetary Science Letters（地球科学の専門誌）
ＤＯＩ：10.1016/j.epsl.2019.03.023
公表日：2019年4月1日（月）（オンライン公開）【用語解説】＊1

カービング氷河 … 海
や湖に流入し、先端が水に浸かっている氷河のこと。グリーンランドの他、南極、パタゴニア、アラスカなど各地に存在
し、通常の氷河よりも急激に縮小している。

＊2

カービング … 海や湖で氷河から氷山が切り離される現象のこと

20

俊4, 5、

Press Release（2019/5/9）

植物の葉のクチクラの構造を分子レベルで解明～クチクラの構造モデルの常識を覆す発見～
発表者：助教羽馬哲也

研究成果の概要
北海道⼤学低温科学研究所の⽻⾺哲也助教、京都⼤学化学研究所の⻑⾕川健教授らの研究グループは、植物の葉の表⾯を覆う脂質膜である「クチクラ＊1」の分⼦の構造を解明することに成功しました。
クチクラは、
⾬や乾燥などの様々な環境ストレスに対して防御の役割を果たす⾮常に多機能な薄膜です。これまで、クチクラを構成する分⼦の種類（炭化⽔素のワックス、クチンと呼ばれるポリエステル、多糖類など）の同定に関する研究は進んできましたが、葉の表⾯における分⼦の並び⽅（分⼦配列）や分⼦の向き（分⼦配向）についてはわかっておらず、クチクラが持つ機能の本質を理解するには⾄っていませんでした。
そこで、本研究では偏光変調⾚外反射吸収分光法＊2を⽤いることで、ヤセイカンラン＊3の葉のクチクラを前処理（溶媒による抽出など）することなくそのままの状態で⾮破壊分析し、ワックス、クチン、多糖類の配列・配向を分⼦の官能基レベルで明らかにすることに世界で初めて成功しました。また、これまでのクチクラの構造モデルでは「クチクラの外部（表⾯近傍）には多糖類は存在しない」と考えられてきましたが、本研究によって「クチクラの外部に多糖類（ヘミセルロース）が存在する」ことが明らかとなりました。この結果はこれまでのクチクラの構造の常識を覆し、クチクラの構造モデルを⼤きく改善するものです。これにより、クチクラの機能の起源に迫るとともに、
環境ストレスや病原菌や害⾍に対する耐性を持つ植物への品種改良、⽣体模倣材料の設計・開発にもつながると期待されます。
なお、本研究成果は、2019年4⽉24⽇（⽔）公開のPlant and Cell Physiology誌に掲載され、7月号のResearch Highlightsに選ばれました。
論文発表の概要
論⽂名：Probing the Molecular Structure and Orientation of the Leaf Surface of Brassica oleracea L. by
Polarization Modulation-Infrared Reflection-Absorption Spectroscopy（偏光変調反射吸収⾚外分光法を⽤いたヤセイカンランの葉の表⾯の分⼦構造・配向に関する研究）
著者名：⽻⾺哲也1、関 功介2、⽯橋篤季1、宮崎彩⾳1、⾹内 晃1、渡部直樹1、下⾚卓史3、⻑⾕川健3（1北海道⼤学低温科学研究所、2⻑野県野菜花き試験場、3京都⼤学化学研究所）
雑誌名：Plant and Cell Physiology（植物⽣理学の専⾨誌）
ＤＯＩ：10.1093/pcp/pcz063
公表⽇：2019年4⽉24⽇（⽔）（オンライン公開）【用語解説】
＊1
＊2

＊3

＊4

＊5

クチクラ（cuticle）… 植物の葉や茎の表⽪の外側を覆う厚さ0.1から10μmほどの脂質膜。種によっては200μmほどにもなる。英語ではキューティクル、⽇本語では⾓⽪とも呼ぶ。
偏光変調⾚外反射吸収分光法 … 物質の表⾯に⼊射する光は⼊射⾯に対してその電場振動の向きが平⾏なp-偏光と垂直なs-偏光に分けることができる。偏光変調⾚外反射吸収分光法は、⾚外反射測定におけるp-/s-偏光の依存性を利⽤した⽅法である。フーリエ変換⾚外分光器から出⼒される⾚外光を偏光⼦と光弾性変調器によって偏光に変調をかけて試料に照射し、p-偏光の反射光とs-偏光の反射光から⾚外スペクトルを演算する（図2）。従来の⾚外分光法と異なり、⾚外スペクトルを得るために「参照基板を⽤いたバックグラウンド測定」を⾏う必要がないため、参照基板が⽤意できない⽣体試料（植物の葉など）の分析に適している。
ヤセイカンラン … アブラナ科アブラナ属の植物の⼀種。キャベツ、カリフラワー、ブロッコリーをはじめとする様々な野菜の原種となっている。
全反射減衰⾚外分光法 …ダイアモンドなど屈折率の⼤きな物質でできたプリズムに試料を密着させ、プリズム側から⾚外光を⼊射しプリズム／試料界⾯で全反射した光を測定することで、試料の⾚外スペクトルを得る⽅法。
⽣体模倣材料 … クチクラをはじめ⽣物が持つ構造・機能を模倣した材料。バイオミメティック材料とも呼ぶ。

21

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NEEW
WSSS
■低温科学研究所がリスボン新大学化学及び生物技術研究所と部局間交流協定を締結
低温科学研究所は、2月5日（火）にリスボン新大学化学及び生物技術研究所と部局間交流協定を締結し、調印式を行いました。調印式はリスボン新大学化学及び生物技術研究所で執り行われ、同研究所からCláudio M.
Soares所長ら3名、本研究所からは福井学所長ら3名が出席しました。
リスボン新大学は1973年に設立された大学で、9つの学部・研究所等から構成されており、リスボンにある公立大学のなかで最も新しい大学です。今回の協定は、本研究所との共同研究をさらに発展させることを期待し、取り交わされました。
調印式の後には互いの研究状況に関する活発な意見交換が行われ、さらなる積極的な交流連携が期待されます。

調印式における関係者集合写真

22

協定書を取り交わすCláudio M. Soares所長（右）と福井学所長
（左）

N
N
NEWS
EWS
EWS
■低温科学研究所がパリ天文台と部局間交流協定を締結
低温科学研究所は、3月20日（水）にパリ天文台と部局間交流協定を締結し、調印式を行いました。調印式はパリ天文台で執り行われ、同天文台からClaude CATALA台長ら5名、本研究所からは福井学所長ら3名が出席しました。
パリ天文台は1667年に創設された歴史ある天文台であり、世界最大級の天文学研究センターの一つでもあります。
また、今回の協定は、本研究所の渡部直樹教授とLERMA（パリ天文台を含む4つの高等教育機関及びフランス国立科学
研究センターからなる研究機関）のFrançois Dulieu教授による研究交流を契機として取り交わされました。
調印式の後には互いの研究状況に関する活発な意見交換が行われ、さらなる積極的な交流連携が期待されます。
協定書を取り交わす Claude CATALA 台長（左）と福井学所長（右）調印式における関係者集合写真

23

NEW
N
NEEW
WSSS
A WA R D
Jialu Chen
日本結晶成長学会第15回講演奨励賞（平成30年11月30日）

木村

勇気

平成30年度北海道大学教育研究総長表彰（研究）（平成31年2月22日）

羽馬哲也

平成31年度 科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞（平成31年4月17日）

秋田谷

英次

日本雪氷学会 北海道支部 2018年度 北海道雪氷賞（北の蛍雪賞）（令和元年5月10日）

黒﨑豊

日本雪氷学会 北海道支部 2018年度 北海道雪氷賞（北の風花賞）（令和元年5月10日）

杉山

慎

日本雪氷学会 北海道支部 2018年度 北海道雪氷賞（北の六華賞）（令和元年5月10日）

木村

勇気

公益社団法人 日本地球惑星科学連合 第3回西田賞（令和元年5月28日）

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NEW S■共同研究・研究集会採択課題
平成31（2019）年度北海道低温科学研究所共同研究・研究集会は、平成30年12月３日から平成31年１月18日まで公募を行い、
審査の結果、
下記の課題を採択いたしました。
なお、研究代表者の職名は原則として申請時のものといたしましたことをご容赦願います。
Ⅰ．開拓型研究（採択件数４件）
氏名

所属

職名

タイトル

寺島

美亜

北大低温研

助

教

Elucidating psychrophilic algae-bacteria interaction throughomics analyses

長尾

誠也

金沢大学
環日本海域環境研究センター

教

授

陸海結合システムの解明

新家寛正

東北大学金属材料研究所

助教

氷のキラル結晶化における不斉発現機構の解明と不斉源としての可
能性の探索

砂川玄志郎

理化学研究所
生命機能科学研究センター

基礎科学
特別研究員

-マルチスケール研究と統合的理解-

哺乳類の冬眠と休眠に共通する機構の探索

Ⅱ．研究集会（採択件数 11 件）
実

高知大学海洋コア総合研究センター

内田努

北海道大学大学院工学研究院

准教授

氷・水・クラスレートの物理化学に関する研究集会

遠藤貴洋

九州大学応用力学研究所准教授

縁辺海と外洋とを繋ぐ対馬暖流系の物理・化学・生物過程

横浜国立大学大学院環境情報研究院

教授

環境微生物学における革新的手法および生態系保全における活用法

授

結晶表面・界面での成長カイネティクスの理論とその場観察

鏡味麻衣子

教

授

未来の温室地球の類型としての過去の温暖期の気候状態の解明（そ
の2）

池原

佐﨑

元

北大低温研

教

隅田

明洋

北大低温研

准教授

樹木の生態に対するシンクベースの生理的機序からの探求-現象から解析手法まで

田村

岳史

国立極地研究所准教授

南極海洋 ‐ 海氷 ‐ 氷床システムの相互作用と変動

野原精一

国立環境研究所室

長

雪氷の生態学（13）気候変動による湿原生態系への影響

服部祥平

東京工業大学物質理工学院

助教

グリーンランド南東ドームアイスコアに関する研究集会

三寺

史夫

北大低温研

教

授

変化する環オホーツク陸域・海域環境と今後の展望

安田一郎

東京大学大気海洋研究所

教授

西部ベーリング海におけるロシア船観測航海成果とりまとめワーク
ショップ

Ⅲ．一般研究（採択件数 50 件）青木一真

富山大学大学院理工学研究部（理学）教

授

長期観測からわかる北海道の大気エアロゾルの動態変化

麻川明俊

山口大学大学院創成科学研究科

助教

水熱環境での結晶成長の特殊性を1分子高さレベルで究める阿部真之

大阪大学大学院基礎工学研究科

教

授

氷点下近傍において気相成長させた氷表面における原子間力顕微鏡
測定

石井

弘明

神戸大学農学研究科准教授

森林火災による北方林の攪乱動態を予測する数理モデルの開発

25

NEWS
石川

雅也

東京大学大学院農学生命科学研究科

特任研究員

植物由来の新規氷核活性物質の氷晶形成機構の解析

石塚航

北海道立総合研究機構林業試験場

研究主任

物標本を利用したダフリカ系カラマツ複合種の分布と遺伝資源利用
実態の解明

稲垣

厚至

東京工業大学助教

格子ボルツマン法LESモデルを用いた都市大気境界層の大規模計算

稲津將

北海道大学大学院理学研究院

教

授

吹雪・雪崩災害予測のための降雪粒子自動観測装置および自動解析
スキームの開発伊庭靖弘

北海道大学大学院理学研究院准教授

次世代イメージング装置の生体試料への応用

牛尾収輝

国立極地研究所准教授

南極域沿岸定着氷の物理的・生物地球化学的特性の解析

大貫陽平

九州大学応用力学研究所

助教

海洋システムの統合的理解に向けた新時代の力学理論の構築

京都府立大学生命環境科学研究科

教

授

冬季の常緑樹における光合成関連遺伝子の発現制御機構の解明に向
けて

小保方潤一
金子

文俊

大阪大学理学研究科准教授

低温域における昆虫体表脂質凝集構造の組成依存性

木田新一郎

九州大学応用力学研究所准教授

ドローン空撮を用いた河川フロントの観測

久保響子

鶴岡工業高等専門学校

助

寒冷圏部分循環湖沼におけるメタンサイクルを担う微生物の垂直分
布と相互作用桑形恒男

農業・食品産業技術総合研究機構

ユニット長

小濱

剛

千葉科学大学准教授

飼育ウナギの代謝活性の測定

小畠

秀和

准教授

貝殻など生物由来の微細組織を利用した新しい熱利用材料の開発と融雪への応用斉藤

和之

海洋研究開発機構

佐藤正英

金沢大学総合メディア基盤センター

澤田結基

福山市立大学准教授

岩塊斜面に形成される地下氷の観測手法の確立

篠田太郎

名古屋大学宇宙地球環境研究所

准教授

Ka 帯偏波雲レーダと地上観測を用いた降雪粒子の特性の解析

柴田

勝

准教授

寒冷地に適応した樹木が獲得した光応答性

教

吹雪の鉛直多層エネルギー交換モデルによる大気および積雪特性の
検証

杉浦幸之助

26

環境・社会理工学院

弘前大学

地域戦略研究所

山口大学

教育学部

富山大学大学院理工学研究部

杉本風子

沼津工業高等専門学校

鈴木

利孝

高崎

教

主任研究員
教

授

授

耕地生態系と大気環境の相互作用の解明

南半球陸域における凍土状況と気候の変動
氷表面での特異なステップの振る舞いの解明―不純物の可能性―

技術職員

南極リュツォ・ホルム湾定着氷域における海氷厚の分布と変動

山形大学学術研究院（理学部）教

グリーンランド南東ドーム氷コア中の金属成分解析和之

東京都立産業技術高等専門学校

准教授

民生用重量計を利用した積雪重量自動計測システムの無線通信によ
る冗長化

竹腰

達哉

東京大学天文学教育研究センター

特任助教

ミリ波サブミリ波分光撮像観測に基づく星間物質進化の研究

多田雄哉

国立水俣病総合研究センター

特別研究員

海洋低次生態系における食物網構造の決定と水銀濃縮過程の解明

立花義裕

三重大学生物資源学研究科

教

授

授

オホーツク海と相互に影響を及ぼしあうグローカル大気海洋諸現象

NEW S谷川朋範

気象庁気象研究所

主任研究官

中川

達功

日本大学生物資源科学部准教授

安定同位体プローブ法による寒冷域アマモ群落マイクロバイオームの亜酸化窒素代謝解析

中河嘉明

滋賀大学データサイエンス教育研究
センター

助

教

微気象・植生動態結合モデル（MINoSGI）の生理生態モジュールの
改良・拡張

中村

和樹

日本大学工学部准教授

衛星観測で捉えた東南極における氷河流動と海氷状態変化の相互作

西村尚之

群馬大学社会情報学部

教

北方林の更新維持機構の生態学的・遺伝学的解析

庭野匡思

気象庁気象研究所

主任研究官

大気 - 積雪間の熱・水交換過程をモデル化するための観測的研究（3）布浦拓郎

海洋研究開発機構

主任研究員

環境微生物における新規炭素中央代謝・アミノ酸生合成経路の探索

野口航

東京薬科大学生命科学部

教

授

落葉樹林の林床の常緑草本の葉における低温ストレスへの光合成系の保護機構の解明

早川洋一

佐賀大学農学部

教授

ストレス依存的な活性酸素種による昆虫サイトカインの活性化機構
の解明

原口

昭

北九州市立大学

教

授

北方泥炭地におけるミズゴケ個体群の一次生産速度計測法の改良

平尾聡秀

東京大学大学院農学生命科学研究科

講師

寒冷圏の森林土壌における細菌群集のリグニン分解機能の評価古川善博

東北大学大学院理学研究科准教授

隕石に含まれる糖およびその関連物質の炭素同位体比および光学異性体比の解明

的場

澄人

北大低温研

助

積雪の新国際分類法に対応した従来の国内積雪分類方法の改訂

美山

透

海洋研究開発機構

主任研究員

海底地形と渦がつくる亜寒帯特有の循環形成と変動メカニズムの理
解

民田

晴也

名古屋大学宇宙地球環境研究所

主任技師

多周波・偏波レーダを利用した固体降水観測技術の高精度化

本山秀明

国立極地研究所

教

授

氷床・氷河の検層観測に関する研究
ついて

山田

芳則

気象庁気象研究所室長

高解像度数値モデルとドップラーレーダーによる対流雲と地形との相互作用の解明山本俊政

岡山理科大学工学部バイオ・応用化
学科

授

教

- 特に精密温度と孔径測定に

准教授

好適環境水で飼育した魚・甲殻類のアミノ酸安定同位体比の測定

氷縁域海氷分布を定める海氷・波浪・流れ相互作用の研究

早稲田卓爾

東京大学
大学院新領域創成科学研究科

教

渡邉

海洋研究開発機構
北極環境変動総合研究センター

研究員

英嗣

大気 - 積雪 - 海氷系放射伝達モデルの高精度化とその検証

授

北極域における海氷・海洋の観測モデル融合研究

27

NEWS
■人事異動（平成30年10月2日から平成31年4月1日まで）
異動日

異動内容

H30.10.31

任期満了

H30.11.16

名

村

豪

職

名

主

博士研究員

採用

Abramov Alexei

特任准教授

H30.11.26

採用

中

山

佳

H30.11.30

辞職

稲

津

智恵美

事務補助員

H30.12. 1

採用

橋

場

しのぶ

事務補助員

H31. 1. 1

採用

FAN RONG

博士研究員

H31. 1.15

任期満了

Abramov Alexei

特任准教授

H31. 2.28

任期満了

遠H31. 3. 1

H31. 3.31

採用
採用

洋

助

知

子

事務補助員

瀬戸浦

真

衣

事務補助員

NGUYEN HOANG PHUONG THANH
田

中

辞職

伊

藤

任期満了

篠

任期満了

渡

備

考

NASA Jet propulsion Laboratory,
NASA Postdoctoral Program
fellow から

教

藤

任期満了

任期満了

H31. 4. 1

田

氏

博士研究員

歩

特任教授

敏

文

主

原

琴

乃

事務補佐員

邉

美

香

技術補助員

CABRERA OSPINO MELODY CHRISTINE

任

研究支援推進員

転出

長

尾

かなえ

係

長

総務企画部総務課係長へ

転出

岩

崎

圭

祐

係

員

北方生物圏フィールド科学セン
ターへ

転入

村

岡

英

明

係

長

総務企画部情報企画課係長から

転入

安

藤

優

記

係

員

附属図書館管理課から

採用

北

島

謙

生

博士研究員

採用

伊

藤

薫

学術研究員

採用

斉

藤

潤

学術研究員

採用

CHEN YING

学術研究員

採用

延

寿

祥

代

編集後記

研究支援推進員

低温研ニュース第47号▶今号も私達の幅広い研究成果を満載しました。どうぞお楽しみください。（三寺）（北海道大学低温科学研究所広報誌）▶ミクロからマクロまで、氷から生命まで、今回も低温の魅力をたくさんお届けします。（青木）編▶田中先生の退任のご挨拶に特に感銘を受けました。
「一より習い
十を知り、十よりかえるもとのその一」先生の研究の歩みの中にその言葉が端的に表れている気がしました。（村田）ご意見、お問い合わせ、投稿は下記まで〒060-0819 北海道札幌市北区北19条西8丁目
TEL：011-706-5445
FAX：011-706-7142▶氷河氷床などの環境観測に留まらない、哺乳類や植物など多岐に渡る研究が紹介されています。（村岡）発行人：低温科学研究所所長
集：低温研広報委員会
（三寺

史夫、青木

茂、村田憲一郎、事務部総務担当）●低温研ニュースは本研究所ウェブサイトでも公開しております。
http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/newsletter.html