環境DNAを利用した仏生寺川・万尾川水系河川の生物相調査及び生物保全の実践活動
学校法人大阪学園 大阪高等学校
谷脇 鉄平
１．研究背景力中間層の本校におけるクラブ活動を通じ

環境問題は21世紀に解決すべき地球規模の危機的課題とされており、次世代の人材た教育・研究実践が「高校生らしい活動」として評価していただいた。

育成においても環境問題に関する教育は、

この実績は、文部科学省の「高大接続改重要な項目の一つである。事実、SDGs(持革」や経済産業省が開発・実証を進めてい続可能な開発目標)が国連サミットで採択さる「未来の教室」にも関連し、生徒たちにれ、2030年までの国際目標とされている。

ワクワク感を抱かせる「学びの実体験」をしかし、昨今の子どもたちを取り巻く受験提供できた。

環境では、進学のための勉強に偏りがちとなり、自然と触れ合う体験が少ないことや、

２．研究目的

理科及び環境教育で重要な実験授業やフィこのような背景がある中、富山大学学術１）から富山県ールドワーク活動が困難であることも事実

研究部理学系山崎裕治准教授として存在している。

氷見市の生物相(魚種)調査について、共同

本校科学探究部は、2017年10月から京都研究を提案いただいた。

産業大学生命科学部先端生命科学科高橋純

富山県氷見市で環境DNA分析を利用した一准教授と共同研究(高大接続)を行い、環生物相(魚種)の網羅的調査はこれまで行わ

境DNA分析を利用して四季における淀川にれておらず、特に、イタセンパラ(タナゴ類)生息するイタセンパラ等の希少種の生物相は、富山県 ２）及び環境省 ３）のレッドリスト(魚種)を調査するため、これまで「環境調で絶滅危惧種に指定されている。
本研究では、これまで調査してきた淀川査活動(網羅的調査)」を行ってきた。
また、この研究活動を通じて希少種の保と同じイタセンパラが生息する富山県氷見護活動を目的として、採水時にその採水域市の仏生寺川・万尾川水系河川において、周辺のゴミ回収・清掃といった「環境保全生徒たちの主体的なフィールドワーク活動活動」や、市民への啓発といった「環境教で生物相(魚種)を網羅的調査し、淀川と氷育活動」にも積極的に取り組みながら、客見市の河川を比較することで、生物相と環観的な外部評価を得るために発表会(大阪府境との関係について理解を深めながら、環学生科学賞等)にも参加し、高校生らしい研境保全計画を立案することを目的とする。
また、イタセンパラ等の生息状況の把握究活動を行ってきた。
当時、大阪府下の学校教育機関での環境を通して生徒たちが立案した環境保全計画

DNA分析を利用した研究活動の前例はなく、を環境教育に繋げ、これらの「学びの実体2018年第1回環境DNA学会で科学探究部がポ験」をアウトプットするために外部発表をスター発表した際、SSH指定校ではない学経験させることも併せて目的とする。

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３．「高大接続改革」及び「未来の教室」をった。

活用した教育支援のねらい

その後、DNA抽出したサンプルを株式会①生徒たちが立案した環境保全計画や活社生物技研 ４） (以下、生物技研とする)に冷動実践を、理科教育の現場や市民向けの蔵便で発送し、*DNA分析・**DNA解析をイベントで情報発信することで、多くの委託した。

生徒や市民が身近な自然科学により興味*生物技研が実施。

関心を抱き、将来の進学目的や環境への**得られた結果及びその結果から判断され意識等の芽生えに繋げたい。

ることで、生物技研も行い、科学探究部も②ワクワク感を抱かせる「学びの実体験」実施。

を提供することで、学問としての理科のなお、５月分は、本校がCOVID-19によ重要性を生徒や教員が再認識するきっかる影響で休校措置(４月８日～５月31日まけに繋げたい。

で)により活動自粛になったため、富山大学③これらの実体験を客観的に評価いただ

山崎准教授のもとで河川水からDNA採取及くためにも、積極的に外部発表に取組み、びDNA抽出したサンプルを直接、生物技研

今後社会で求められる「生きる力・タフに冷蔵便で発送し、DNA分析・DNA解析をな人間力を育む」ことを狙いながら、生委託した。

徒たちの成長育成に繋げたい。

＜DNA解析＞
2020年６月～９月生物技研のDNA分析から得られたDNA塩

４．研究計画
以下は、2020年1月から科学探究部が主体

基配列をNCBI５）、MitoFish ６） 等の公共DNA的に行った研究活動内容であるが、COVIDデータベースで魚種の同定及び生息数を解-19による影響で一部計画変更した。

析しながら、その同定した魚種の生息有無＜環境DNA調査にかかる調べ学習＞

を富山県レッドリスト、氷見市で確認され2020年１月～２月ている淡水魚類リスト(ひみラボ)７）と照合

富山県氷見市の生物相を図書館やインタさせた。

ーネット等から調べ学習した。

＜富山大学理学部・氷見市連携研究室(ひみ＜富山大学理学部・氷見市連携研究室(ひみラボ)での生物相調査＞

ラボ)での生物相調査＞

2020年９月
７月にCOVID-19収束の兆しが見えたが、2020年３月下旬
ひみラボを拠点に２泊３日の研究合宿を

その後、再びCOVID-19が蔓延し始めたた

実施し、採水域の目視による生物相調査活め、安全面・健康面を考慮し2021年３月以動及び採水域の河川水からDNA採取及びDN降に延期することにした。

A抽出等を予定していたが、COVID-19による影響で９月に延期することにした。

５．実験方法＜DNA採取及びDNA抽出・DNA分析＞

以下の実験方法は、環境DNA学会（環境2020年３月～６月

DNA技術標準化委員会）が作成した標準版

富山大学山崎准教授に採水地点の河川水「環境DNA調査・実験マニュアル」８）の手(３月、５月及び６月)を採水していただき、順に沿って行ったため、詳細な手順は省略

その河川水からDNA採取及びDNA抽出を行する。

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5-1 環境DNA
自然環境(海・河川等)中に生息する魚や鳥を始めとする生物のDNAが、目には見えない状態で自然環境中に存在する。これを環境DNAという。そのため、河川水を次世代シーケンサー(遺伝子の塩基配列を高速に読み込む装置)等を用いて分析することで、河川に生息する生物の種類や割合を迅速かつ定量的に測定することができる。捕獲調

図2-1 仏生寺川①での採水の様子

査が困難な環境においても、わずか１Lの採水で採水域周辺に生息する生物の把握や生態系の評価を可能とする画期的な手法である。
5-2 採水富山大学山崎准教授に採水地点の選定 ９）(図１)及び採水(３月、５月及び６月〔今後、９月及び10月にも予定〕)をお願いした。
図2-1～2-4のとおり、各河川を仏生寺川①、

図2-2 仏生寺川②での採水の様子

仏生寺川②、万尾川①、万尾川②とする。
各河川ごとに河川水を1 L採水し、５月分を除いてその河川水を冷蔵便で本校に発送していただいた。このとき、DNAの分解を抑制するため10%塩化ベンザルコニウム水溶液(オスバン)を１Lに対して１mL添加した。
図2-3 万尾川①での採水の様子

図2-4 万尾川②での採水の様子
図１ 採水地点

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5-3 DNA採取・DNA抽出
図３～６のとおり、「環境DNA調査・実験マニュアル」に従って、ガラスろ紙１枚とアスピレーターを用いて、各河川水１Lを吸引ろ過し、DNA採取した、DNeasy
Blood & Tissue Kit(QIAGEN)を 用 い て 、DNA抽 出 を 行 っ た 。
図６ DNA抽出の様子
5-4 DNA分析・DNA解析
DNA抽出したサンプルを生物技研に冷蔵便で発送し、DNA分析・DNA解析を委託後、約１か月程度でDNA解析結果が届いた。
なお、環境DNA分析は、MiFishプライマー 10） (対 象 領 域 12SrRNA〔 12Sリ ボ ソ ー ム
図３ ろ過の様子

RNA遺伝子〕)が用いられている。
DNA解析結果には、魚種ごとのDNA塩基配列だけでなく、検出遺伝子のリード数(塩基配列の単位)や魚種の塩基配列一致率、魚種の同定結果等も含まれている。
しかし、生徒たちにはその結果を見せずに、DNA解析結果が「100%正しいとは限らない」というクリティカルシンキングを身に付けさせる目的で、魚種ごとのDNA塩基配列をNCBI、MitoFish等の公共DNAデータ

図４ DNA採取したガラスろ紙を抽出する様子

ベースで魚種の同定及び生息数の割合(検出遺伝子数は、DNA分析で得られたその魚種の塩基配列のリード数を各河川ごとに割合換算)を解析させた。
その後、同定した魚種が各河川に生息しているかどうかを富山県レッドリスト、氷見市で確認されている淡水魚類リスト(ひみラボ)と照合させて、各魚種を希少種又は外来種か調べたものが図７～９である。

図５ DNA抽出の様子

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図７ 2020年3月30日採水 DNA解析結果
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図８ 2020年5月25日採水 DNA解析結果

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図９ 2020年6月30日採水 DNA解析結果

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６．考察ができなかったからである。また、少し生物技研のDNA解析結果は、イタセンパ

でも塩基配列が異なると種との配列一致

ラ単独のDNAを検出することができなかっ率が低くなり、特に同じ河川中に生息すたが、レッドリストに掲載されているクロる近縁種で特定することが困難な魚種は、ヨシノボリ、ニッポンバラタナゴ、キタノ「フナ属の一種」、「ウキゴリ属の一種」、アカヒレタビラ、ジュズカケハゼや、外来「モツゴ属の一種」と表記している。

種であるタイリクバラタナゴ等、様々な魚(ⅳ)図10のとおり、クロヨシノボリだけを種のDNAが検出された。

図７～９から抽出し、月ごとの検出遺伝

河川水中の環境DNA量は、種によって異子数を示した。未検出の月はあるが、希なる体サイズの大小にも左右されるので、少種ながら検出遺伝子数の割合から各河検出遺伝子数が大きいほど生息数が多いと川における生息数が多いと想定できる。

は一概に言えない。

また、産卵期が５月～７月頃であるため、産卵期に合わせて検出遺伝子数も増加しところが、希少種であるドジョウ(図７のていることが分かる。

仏生寺川①及び万尾川②)、カジカ(図７の仏生寺川②及び万尾川②)、ニホンウナギ(図７の万尾川①)、ジュズカケハゼ(図９の万尾川②)、カワヨシノボリ(図９の万尾川②)の検出遺伝子数は、各河川の全体の割合に対して少ないことが分かる。
また、今回のDNA解析結果から、いくつかの課題が浮き上がった。
＜課題＞(ⅰ)図７～９の青色部分の魚種が、各河川で同種（種との配列一致率が同じ）と思

図10

われるものが、別種としてDNA塩基配列

クロヨシノボリの検出遺伝子数の推移が得られた。これまで淀川水系河川での

上段：種との配列一致率100% のみ

調査では、このような結果はでなかった。

下段：種との配列一致率100% 以外も含む(ⅱ)図７、９の黄色部分のニッポンバラタ
ナゴ、キタノアカヒレタビラは、富山県

以上の課題は、コイ科(アブラハヤ、タカ

氷見市では生息確認がされておらず、こハヤ、ウグイ、オイカワ、タモロコ、モツの理由について環境DNAだけでは確かなゴ、ニッポンバラタナゴ、タイリクバラタ

説明ができない。

ナゴ、イタセンパラ、キタノアカヒレタビ(ⅲ)図８、９の緑色部分が、種との配列一ラ等)、ハゼ科(クロヨシノボリ、カワヨシ致率100%にも関わらず「ウキゴリ属の一ノボリ、ジュズカケハゼ、シンジコハゼ等)種」と表記した。その理由は、ジュズカは交雑しやすいと言われているため、本来ケハゼとシンジコハゼの12SrRNAの塩基の塩基配列が生息環境により長い年月をか配列が完全一致することが判明し、ジュけて変異した可能性がある。

ズカケハゼとシンジコハゼともに氷見市

特に、種との配列一致率100％以外の種は、に生息するのでどちらかに特定すること

環境DNA分析で用いるMiFishプライマーが、− 35 −

種によっては判定に注意をする必要があると注意喚起

１1）

されている。

【参考文献】
１）山崎裕治、西尾正輝「簡易的な環境DNA

従って、MiFishプライマーによる識別に分析方法を用いた絶滅危惧種イタセン

注意を要する淡水魚類リストを参考にしなパラの検出」(日本魚類学会 魚類学雑がら、これらの課題を引続き精査していき誌 発行たい。

https://doi.org/10.11369/jji.19-005

2019年11月 Vol.66,No2)２）富山県レッドリスト2012
７．今後の展望http://www.pref.toyama.jp/cms_sec/1709

本来であればひみラボを拠点に２泊３日の研究合宿から、採水域の目視による生物/kj00013513.html
３）環境省レッドリスト2020

相調査と環境DNAの解析結果を比較することで、より明確に生物相を把握することがhttp://www.env.go.jp/press/107905.html
４）株式会社生物技研

できたが、COVID-19による影響でこのような報告内容になったことは大変残念であhttps://gikenbio.com/
５）NCBI(National Center for Biotechnology

る。

Information,国立生物工学情報センター)

今後は、富山県氷見市の河川に生息するタナゴ類等の魚種が春頃(３月から５月)か

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/
６）MitoFish (Mitochondrial Genome Data-

ら孵化し始めるので、定期的な環境DNA分

base of Fish)

析を利用した生物相調査を引続き行いながhttp://mitofish.aori.u-tokyo.ac.jp/

ら、COVID-19の収束状況を見計らって、

７）氷見で確認されている淡水魚類リスト

ひみラボでの研究合宿を実現させたい。

(ひみラボ)
https://sites.google.com/site/himilab/5-

謝辞himirabo-shui-zu-guan/bing-jianno-dan-

本研究を遂行するにあたり、ご指導ご支援をいただいた富山大学学術研究部理学系

shui-yu-lei
８）環境DNA調査・実験マニュアル山崎裕治准教授、研究助成をいただいた公益財団法人下中記念財団及び関係の方々に

https://ednasociety.org/
９）採水地点(Yahoo地図)

深く感謝の意を表します。

https://map.yahoo.co.jp/
10）Mifishプライマー
Miya et al. (2015) Royal Society OpenScience 2:15088.
https://royalsocietypublishing.org/doi/1
0.1098/rsos.15008811）環境省自然環境局生物多様性センター
環境DNA調査
http://www.biodic.go.jp/edna/edna_top.html−36 −- 26-

＜研究費採択実績＞○平成29年度公益財団法人未来教育研究所研究助成(奨励賞) 採択〇平成30年度公益財団法人未来教育研究所研究助成(奨励賞) 採択○2019年度公益財団法人双葉電子記念財団
青少年創造性開発育成事業 採択○2019年度一般社団法人全国浄化槽団体連

谷脇 鉄平先生
谷脇 鉄平先生（たにわきてっぺい）（たにわき てっぺい）合会 水環境保全助成事業 採択〇第58回(令和元年度)公益財団法人下中記
念財団 下中科学研究助成 採択〇令和２年度公益財団法人中谷医工計測技＜略歴＞

術振興財団 科学教育振興助成 採択

1981年 大阪府生まれ
2004年 島根大学総合理工学部物質科学科

＜勤務校＞

卒業

学校法人大阪学園 大阪高等学校

2006年 大阪大学大学院工学研究科
マテリアル科学専攻修士課程 修了〒533-0007 大阪府大阪市東淀川区相川2-18-51
電話

2006年 箕面市役所 勤務
2011年 箕面市役所 退職
2011年 大阪高等学校 勤務(非常勤)2012年 大阪高等学校 勤務(常勤)2014年 大阪高等学校 勤務(教諭)
現在に至る
＜研究歴＞
・環境DNAを利用した淀川水系河川の生物相（魚種）調査及び生物保全の実践活動
・ムギツク(淀川,大阪)mDNAの全容解明
Journal:Mitochondrial DNA Part B「Complete mitochondrial DNA sequenceof the East Asian minnow, Pungtungia

herzi (Actinopterygii: Cypriniformes)」
2020年８月３日付で掲載
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1
080/23802359.2020.1800423

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06-6340-3031