報道解禁⽇時（⽇本時間）
テレビ・ラジオ・Web：平成 30 年 8 ⽉ 6 ⽇（⽉）午後 6 時
新聞： 平成 30 年 8 ⽉ 7 ⽇（⽕）朝刊

プレスリリース2018 年 8 ⽉ 3 ⽇

国⽴⼤学法⼈ ⼭梨⼤学
国⽴研究開発法⼈ 国⽴環境研究所
国⽴⼤学法⼈ 千葉⼤学
⼤学共同利⽤機関法⼈ 国⽴極地研究所
国⽴⼤学法⼈ 北海道⼤学
学校法⼈ 東京農業⼤学
⼤学共同利⽤機関法⼈ 国⽴遺伝学研究所

北極と南極の雪を⾚く染める藻類の地理的分布の解明
⼭梨⼤学総合分析実験センター 瀬川⾼弘助教，国⽴環境研究所 松崎令 JSPS 特別研究員，千葉⼤学理学部 ⽵内望教授らの研究グループは，国⽴極地研究所 秋好歩美技術専⾨員，北海道⼤学低温科学研究所 杉⼭慎教授，東京農業⼤学 ⽶澤隆弘准教授，国⽴
遺伝学研究所 森宙史助教とのチームと共同で，世界各地の雪氷環境に⽣息する雪氷藻類に対して遺伝⼦解析を⾏い，特定の藻類種が北極と南極の両極から共通で検出されること，またそれらは現在も分散，交流している可能性があることを明らかにしました．

概 要

雪氷藻類は，融解期の雪氷上で繁殖する光合成微⽣物で，世界各地の氷河や積雪上に広く分布しています．雪氷藻類の多くは緑⾊の藻類（緑藻）に分類されていますが，雪氷上の強光による DNA の損傷を防ぐために，細胞内にアスタキサンチンなどの⾚い⾊素を貯め込むので，⾼密度に繁殖すると雪が⾚く染まったように⾒えます（図１）．この現象は⾚雪と呼ばれ，⽇本をはじめ南極から北極まで世界各地の積雪でみることができますが，優占する藻類細胞はほぼ休眠胞⼦で，どこの⾚雪でもほぼ似たような⾊とサイズであることから（図２），顕微鏡で観察しても正確な種同定は難しいことが知られています．
氷河や積雪といった雪氷圏は，極域や⾼⼭にそれぞれ地理的に独⽴して分布していることから，距離的に離れた各地の雪氷藻類が同⼀種なのかどうかは興味深い問題です．近年の研究から，北極域ではどこでも同じ種類の雪氷藻が分布していると信じられてきました．しかしながら，北極と南極の両極の⾚雪試料を⽤いて，より解像度の⾼い⼿法による遺伝⼦分析を実施した結果，⼤部分の藻類は南極もしくは北極のどちらかに分布し，北極域においても特定の地域または氷河からのみ検出される事がわかりました．さらに，ごく1

⼀部の系統の藻類が両極に分布し，このようなタイプの藻類が積雪や氷河上で多くの割合を占めている事も⽰しました．本研究は，微⽣物の全球的な分散や，多様な微⽣物たちが相互作⽤する⽣態系を理解する上で，重要な知⾒になると期待されます．
本研究成果は，Nature Communications 誌に掲載されます（⽇本時間平成 30 年 8 ⽉
6 ⽇午後 6 時 オンライン版掲載予定）．
背 景

⾚い⾊素を細胞内に貯め込んだ雪氷藻類が残雪や氷河上で増殖することによって引き起こされる「⾚雪」現象は，⽇本をはじめとした世界各地の⼭岳地帯や極域などで⾒られます（図１，図２）．このような現象は，古くは紀元前のアリストテレスの時代から知られており，19 世紀の博物学者ダーウィンのビーグル号航海記でも，アンデス⼭脈で靴底を真っ⾚に染める⾚い雪氷藻類に出会ったことが印象的な出来事として記されています．
雪氷藻類の⼀般的な⽣育温度は１〜５℃程度の低温環境であり，積雪や氷河上に⽣息する他の従属栄養⽣物へ有機物を供給する⼀次⽣産者として，氷河や積雪の⽣態系で重要な役割を果たしています．雪氷藻類の多くは緑⾊の藻類（緑藻）に分類されています
が，増殖の過程でアスタキサンチンなどのカロテノイド⾊素を合成して細胞内に貯め込むので，⾼密度に繁殖すると雪が⾚⾊に⾒える原因となります．雪氷上は強光であるため，細胞内に蓄積されたカロテノイド⾊素でサングラスのように紫外線をカットし，DNA の損傷を防ぐと考えられています．また，⾚雪は残雪や氷河表⾯の太陽光反射率を減少させ，それらの融解を促進しているという研究結果が近年報告されており，雪氷藻類が地球環境に⼤きな影響を与えていることも⽰唆されています．
雪氷上の⽣態系の理解，および⽣物を介した氷河や積雪の融解過程を理解する上で， 雪氷藻類の正確な種分類と，それぞれの種の繁殖および分散過程を理解することは必要不可⽋です．⾚雪に優占する雪氷藻類は，主に野外サンプルの形態観察から緑藻クラミドモナス属や緑藻クロロモナス属などの種として分類されてきました．しかしながら，実際に⾚雪中にみられる藻類細胞はほとんどが休眠胞⼦で形態的にもよく似ており（図２），顕微鏡で観察しても種同定は困難です．⼀⽅，18S rRNA 遺伝⼦や光合成に関わるルビスコ遺伝⼦の塩基配列データを⽤いた分⼦系統解析は，雪氷藻類がその形態から推測される属とは異なる，様々な系統に属することを⽰唆しました．加えて，氷河や積雪といった雪氷圏は，極域や⾼⼭にそれぞれ地理的に独⽴して分布していることから，距離的に離れた場所の雪氷藻類は同種なのか違うのか，またそれぞれの地域の雪氷藻類はどこから来るのか，どのくらいの距離を分散可能なのか，についてはわかっていませんでした．
研究成果

北極および南極から採取した複数の⾚雪試料から DNA を抽出し，PCR 法で 18S
rRNA 遺伝⼦と ITS2 領域をそれぞれ増幅後に塩基配列を解読し，配列情報を使って系統解析を⾏いました．ITS2 領域の⽐較解析に基づいて種を識別した結果，南極と北極の⾚雪には少なくとも緑藻綱 13 種とトレボウクシア藻綱 9 種からなる，全部で 22 種の藻類が2含まれていると推定されました．これら 22 種のうち，15 種は北極もしくは南極のみに存在するものでしたが，今回解析によって得られた配列データの 6％しか占めないマイナー種であることが分かりました．⼀⽅，残りの 7 種は解読した塩基配列の 94％を占め，北極および南極の両極から検出されました．今回の種分類は進化速度の速い ITS2 領域に基づくことから，この 7 種は現在も両極の集団間で交流，分散していると考えられました．
さらに， ITS2 領域の塩基配列が 100％⼀致している完全⼀致配列を探査した結果，全部で 64047 種類の完全⼀致配列が⾒つかりました．これらの完全⼀致配列のほとんどは特定の地域または氷河のみに存在し，南極もしくは北極のどちらかに分布する事が分かりました（図３）．⼀⽅，今回解析した両極の全ての地域（南極および北極域のスヴァールバル諸島，グリーンランドおよびアラスカ）から検出された完全⼀致配列は 912 種類でした．この 912 種類の配列が全ての種類の完全⼀致配列に占める割合（種類数に占める割合）は 1.4％で，地域別にみても 3-9％と低頻度でした．しかしながら，912 種類の完全⼀致配列が全塩基配列数に占める割合（≒全個体数に占める割合）は平均で 37.3％と，⾼い割合である事が明らかとなりました（図４）．従って本研究から，雪氷藻類の限られた系統が全球に共通して分布しており，現在も分散，交流していること，また，そのような藻類が⾚雪上では優占していることが⽰唆されました．
今後の展開

微⽣物の分散の研究は，1930 年代にバース＝ベッキング博⼠が提唱した，"Everything is everywhere, but the environment selects"の仮説（環境要因が選択しなければ，すべての微⽣物がどこにでもいる）以来，⻑年論争が続いていました．近年の分⼦データから，微⽣物の種にも，世界中のどこにでも⽣息するコスモポリタン種と，分布域が特定の地域に限られるエンデミック種がいることが⽰唆されていましたが，それぞれの分散過程については，よく分かっていませんでした．本研究によって，⾚雪上には雪氷藻類におけるコスモポリタン種とエンデミック種の両者が⽣息しており，コスモポリタン種は地球上の両極を分散し，交流している可能性が⽰唆されました．今後，地球温暖化の影響が⼤きい中低緯度のサンプルを加えて全球レベルでの定量評価を⾏うことにより，多様な微⽣物が相互作⽤する⽣態系の系全体への理解が明らかになると期待されます．

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⽤語説明

（１）雪氷藻類
雪氷上で繁殖する光合成微⽣物には真核⽣物の藻類と原核⽣物のシアノバクテリアが知られており，前者を雪氷藻類と呼ぶ．雪氷藻類は世界各地の氷河や積雪上に広く分布し，１〜５℃程度の低温環境でも⽣息可能な極限環境微⽣物である．

（２）18S rRNA 遺伝⼦
細胞内でタンパク質やペプチド鎖の合成を⾏っているリボソームは⼤⼩２つのサブユニットからなり，どちらもタンパク質とリボソーム RNA（rRNA）から構成されている．真核⽣物では，⼩サブユニットを構成するリボソーム RNA の遺伝⼦を 18S rRNA 遺伝⼦と呼ぶ．リボソーム RNA 遺伝⼦は配列の保存性が⾼く，遠縁の⽣物同⼠でも配列の⽐較が可能であることが知られている．
（３）ITS2 領域
真核⽣物のリボソーム RNA 遺伝⼦において，18S，5.8S，28S の各リボソーム RNA をコードする遺伝⼦の間に存在するスペーサー領域を Internal Transcribed Spacers（ITS）領域と呼び，5.8S と 28S rRNA 遺伝⼦の間を ITS2 と呼ぶ．進化速度が 18S rRNA 遺伝⼦よりも速いため，種間や種以下などの詳細な分類階級の類縁関係を調べるのに適している．

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図 1 ⾚雪の写真

アラスカで観察された⾚雪現象．

図２ ⾚雪を構成する主な雪氷藻類

⾚い⾊素をもった雪氷藻類の増殖により，雪が⾚く染まる．

図３ 各地域間の微⽣物̶微⽣物ネットワーク図5

雪氷藻類の完全⼀致配列は，ほとんどが地域固有のものであり，地域間で共通する配列は少なかった．完全⼀致配列（点）につながった線の⾊が，その配列が検出された地域を⽰している．図中の⽮印が全ての地域から検出された完全⼀致配列．

図４ 両極から検出された雪氷藻類の割合

完全⼀致配列の多くは特定の地域のみに存在するエンデミックなものであり（平均55.1%），両極から検出された（＝コスモポリタンな）完全⼀致配列（912 種類の配列）が全ての完全⼀致配列に占める割合は，地域別で 3-9％（平均 1.4％）と低頻度だった（図 A）．⼀⽅，コスモポリタンな完全⼀致配列（912 種類の配列）が全塩基配列数に占める割合は平均で 37.3％と⾼く（図 B），限られた系統の雪氷藻類が全球に共通して分布しており，それらが⾚雪上では優占していることが明らかとなった．

論⽂情報

Bipolar dispersal of red-snow algaeTakahiro Segawa*, Ryo Matsuzaki, Nozomu Takeuchi, Ayumi Akiyoshi, Francisco Navarro, ShinSugiyama, Takahiro Yonezawa, Hiroshi Mori *責任著者
Nature Communications 2018 年 8 ⽉ 6 ⽇(⽉曜⽇)付け: ⽇本時間 8 ⽉ 6 ⽇(⽉)午後 6 時オンライン掲載予定 掲載 URL: http://www.nature.com/ncomms6<研究に関する問い合せ>
国⽴⼤学法⼈ ⼭梨⼤学 総合分析実験センター
瀬川⾼弘
国⽴⼤学法⼈ 千葉⼤学 理学部地球科学科
⽵内望＜報道に関する問い合わせ＞
国⽴⼤学法⼈ ⼭梨⼤学 総務部総務課広報企画室
国⽴⼤学法⼈ 千葉⼤学 企画総務部渉外企画課広報室

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