３０００ｍ上空で見つかった
納豆菌について思う：
北東アジア域の大気監視・管理

岩坂泰信
滋賀県立大学前任校では能登半島を研究・教育活動の場として大変重要視しておりました。

最近になって、金沢大学では能登で行われている研究教育活動を総体的に眺めようという流れになってきている。まだまだ、力強いものにはなっていないが・・・・・・。

金沢大学に能登を足場に行われている教育・研究活動を組織的に支援する組織として能登オペレーションユニッ
トを設けた。

能登は、大気科学や大気環境を勉強するものにとって、大変魅力的な所
そして、富士山も同様に、大変魅力的な所です黄砂

視程の支配要因

トレーサー

汚染物質のキャリアー

微生物の運び屋（担体）

環境中を循環する物質・物質を運ぶキャリアー

大気中でのバイオエアロゾルの振る舞い：
相当以前から指摘
氷晶核・雲・水循環されていたバイオエアロゾルの機能

氷晶核（Ice Nuclei）
雲凝結核（CCN）

雲形成

バイオエアロゾル（微生物）

氷晶核としての活性化温度

水循環発生源

間接効果による放射収支への影響 （e.g., IPCC TAR, 2001)

バクテリア（例えば、Pseudomonassyringae）：-2~-4℃(Schnell and Vali, 1972)
鉱物粒子： -13~-20℃(Ishono et al., 1959)

バイオエアロゾルの対流圏広域拡散による環境健康影響
微生物生態系への影響、動植物に対する病原性(e.g., Griffin et al., 2001; Prospero, 2005; Kellogg and Griffin, 2006)

グローバルスケールの風系によって運ばれている可能性大：砂塵嵐の時に空気中の微生物濃度が上昇する！！

氷晶核として雲形成や間接放射に影響(e.g., Maki and Wiloughby, 1978; IPCC, 2001; Möhler et al., 2007)－７～－１１℃（Möhler et al., 2007）－２～－４℃（Shenell and Vali, 1972）

バイオエアロゾル－１３～－２０℃(Isono et al., 1959)

鉱物粒子

黄砂の長距離輸送
微生物の大気中での行動

観測地
80˚E

100˚E

50˚N

40˚N

Gobi Des.

Taklamakan
Des.

30˚N

120˚E

140˚E

Long-lange transportof KOSA

立山

敦煌市
黄砂発生源

珠洲市
黄砂飛来地

上空
600ｍ

上空の微粒子を孔径0.2umメンブラ
ンフィルターでエアポンプを使用して1時間捕集（全700 m３)する。

地上10ｍ

地上の微粒子を孔径0.2umメンブランフィ
ルターで1時間捕集。

2009年調査（富山県立山・室堂平（2450m））
積雪表面

595
550- Ｃontrol層 A
526- 黄砂層 B

積
雪断面
図

434- 黄砂層 C326- 黄砂層 D
220- Ｃontrol層 E

地表表面

積雪深 5m95cm;
2008年秋（10月）から 2009年春（4月）までの積雪層0(cm)「砂粒子を含む3層（黄砂層）」および「砂粒子が見られない2層（control）」から積雪試料100mlを採取した。

日本上空では航空機観測も中国敦煌市にも観測サイトを経営
黄砂発生源地、黄砂沈降地域の系統的な比較を目指す

2006年サンプリング

2007年サンプリングKOSA-Bioaerosol collected atDunhuang: DAPI染色
DNAに特異的に結合する蛍光物質を使って検出

5 μm

DAPI染色した黄砂粒子の付着微生物の落射型蛍光顕微鏡写真
2007年敦煌（地上700 m：海抜1900 m）

Solar UV
radiation
Shadowing
Effect

長距離輸送と混合状態
微生物が受ける環境ストレス
Water between biofilm and KOSA
particle

Potential of KOSA
as Ice Nuclei
largely increases

気球サンプルのDNA含有量

2008 珠洲上空サンプル（黄砂飛来あり）
DNA量 0.18 mg/m3

2009 珠洲上空サンプル（黄砂飛来なし）
DNA量 0.036 mg/m3

敦煌上空で見つかった黄砂バイオエアロゾル
敦煌（黄砂発生源地域）

金沢（黄砂降下地域）

食物腐敗菌
Rhodosporidium sphaerocarpum(1300 m)Pycnoporus sp.
Bacillus cereus (1300 m)(620 m)
食中毒原因菌？
Cladosporium sp.(1900 m)
Aquatic bacterium
Aspergillus sp.(1900 m)
アスペルギルス(720 m)Bacillus pumilus (1900m)症？アレルゲン？
Nocardioides sp.
Rickenella fibula (2000 m)
植物病原菌(720 m)Ceriporipsis gilvescens (2000 m)
Bacillus cereus
Brevibacillus sp. (2000 m)(720 m)
植物病原細菌Staphylococcus sp.(Uncultured) (2000 m)
Rhodococcus sp. (2000 m)
植物病原細菌分離培養同定
Delftia sp. (2000 m)
ゲノム解析
Pseudomonas sp.(Uncultured) (2000 m)
ヒイロタケ：
グラム陰性菌：リポAgrobacterium tumefaciens (2000 m)
DGGE解析β-グルカン
ポリサッカライド
Pseudomonas sp. (2000 m)
Gracilibacillus sp.(1900 m)
Staphylococcus sp.(1900 m)日和見感染症？
Amycolatopsis sp.(1900 m)
Kocuria sp.(1900 m)

珠洲市で採取したバイオエアロゾル試料の集積培養

微生物生長量(ABS;550nm)

1000

2009年（黄砂飛来なし）
上空

2008年（黄砂飛来あり）
上空

100
0%

103%

10%

115%

0.1
1000

地上

地上

100
1010.10246810NaCl濃度10, 15%で増殖あり

121416 05101520

培養日数（day）

黄砂飛来時には強い塩耐性を有する細菌が大気中に生息する。

2530354045

16S rDNA核酸塩基配列を用いた系統分類学的解析
Thermotoga maritima (AE000512)

SZd09-49
90

Paenibacillus chondroitinus (AB073206)
P. alginolyticus (AB073362)
92 Paenibacillus sp. MH67 (EU182895 )Paenibacillus sp. H10-02 (AM162318)

100

90
86

SZd09-60, 61, 62, SZd09-69
B. weihenstephanensis (EF210298)
99
B. cereus (AB106345)
100 B. anthracis (AB190217)

100

SZd08-7, 8, 9, 11, 13

98

SZd08-12
SZd08-4

73 B. subtilis sub (AL009126 )主に上空で検出 61 Bacillus sp.Z17 (EU236745)
B. subtilis (DQ779884 )

立山積雪で検出
敦煌上空で検出

SZd08-1, 2, 3, 5, 6, SZd08-10
B. subtilis (FN395283)
59 B. subtilis BI1 (FJ947049)
B. mojavensis (AY030339)
B. licheniformis (EU723824 )Brevibacterium halotolerant (AJ620368 )B. subtilis group

B. pumilus (AY741720)
B. polyfermenticus (DQ659145)
92 B. amyloliquefaciens (AB201122)
99 B. subtilis (EU882850)

Gram- positive group

Frondihabitans austral (DQ525859)
100 Clavibacter sp. AP29 (EU374910)

SZd09-66, 70

86

SZGd09-630.1

81 Uncultured bacterium (DQ860013)
81 Sphingomonas echinoid (EU730918)

上空試料

地上試料

Alphaproteobacteri
a52 Methylobacterium sp. M (AB024616 )Uncultured bacteria nbw268
100 (GQ084916)
Methylobacterium
koma (AB252201)
SZGd09-65
84 Methylobacterium sp. E (DQ132876)
100 Sphingomonas sp. AV069 (AF385529)

黄砂飛来時（2008年）に上空で採取した細菌株の核酸塩基配列は、主にB. subtilisgroupに属した。

黄砂とともにB. subtilis groupの細菌群が大気中を移送されやすい。

上空の優占種の核酸塩基配列が、地上試料から得られた。
上空の細菌が地上へと下降している可能性がある。

Phylogenetic tree based on 16S rDNA sequences
Thermotogamaritima
Pseudomonas
fulva(FJ418772)
98Di-24(地上10 m;0%NaCl)
P.argentinensis(AY691188)
100
100 Paenibacillus polymyxa.strain(EF656457)
100

100

3地点で検出された細菌がクラスターを形成した

Ti-5(積雪中黄砂層;0%NaCl)

100

99

100 Di-15(地上10 m;0%NaCl)
Bacillus cereus(FJ603035)
B.thuringiensis(EU414475)
87
87 Bacillus sp.(FJ601659)
87 Bacillus sp.(EF612336)
87 Ti-7(積雪中黄砂層;3%NaCl)
100 B.megaterium(DQ870698)

Ti-4(積雪中黄砂層;0%NaCl)

75 Bacillus.sp.(FJ938112)
90 B.megaterium(FJ823003)
100 Di-18(地上10 m;3%NaCl)
Bacillus sp.(AB305277)
100 62 B.licheniformis(GQ903411)
100 B.subtilis(AB300802)
Bacillus.sp(FJ654441)
99100 Si-4(地上10 m;0%NaCl)
100 B.licheniformis(FJ713021)

Di-33, 34(上空800 m;3%NaCl)
B.subtilis(DQ98921)

Di-31, 32(上空800 m;0%NaCl)

Bacillus.sp(AB500941)
B.subtilis(AB501343)
B.mojavensis(EF433405)

Low G+C Gram-positive group

Paenibacillus polymyxa.isolate(EU362602)
99 Staphylococcus.saprophyticus(GU197533)
S.xylosus(D83374)
100
100 Di-16(地上10 m;3%NaCl)
100 S.succinus(GU14379)
Staphylococcus.sp(EU19633)
51 Di-19~22(地上10 m;10, 15%NaCl)

Si-9~12, 17~20(上空600 m;0, 3, 10, 15%NaCl)

63 Si-1~3(上空600 m;3%NaCl)
B.malacitensis(DQ993673)
B.licheniformis(EF644415)
Bacillus sp(AM913924)
B.subtilis(AB018486)
B.mojavensis(AM948970)
B.axarquiensis(DQ993671)
B.subtilis(FJ947049)

Bacillus subtilis
Ti-1, 2, 6(積雪中黄砂層;3, 10%NaCl)
Group
B.subtilis(DQ452510)

510.1

B.malacitensis(DQ993673)

Bacillus subtilis
属を示した細菌株
敦煌：4株
珠洲：11株
立山：4株に着目

Phylogenetic tree based on gyrB sequences
Bacillus subtilis group

B.subtilis (DQ309312~309322)
B.subtilis (DQ309306)
B.subtilis (DQ309293)
B.subtilis (DQ309317)
B.subtilis (X02369)
B.subtilis (D26185)
B.subtilis (AL009126)
B.subtilis (EU729128)
B.subtilis (EU729129)
B.vallismortis (DQ309298)
B.malacitensis (DQ903179)
B.mojavensis (DQ309303)
B.malacitensis (DQ903180)
B.axarquiensis (DQ903177)
B.axarquiensis (DQ903178)

B.subtilis (DQ309299)
B.subtilis (DQ309301)

Ti-1(黄砂層6 m54 cm; 3%NaCl)
Ti-2(黄砂層6 m54 cm; 10%NaCl)
Di-32(上空800 m; 0%NaCl)
Si-11(上空600 m; 10%NaCl)
B.mojavensis (DQ309297)
Si-3(上空600 m; 3%NaCl) Di-31(上空800 m; 0%NaCl)
Si-1(上空600 m; 3%NaCl)
2(上空600 m; 3%NaCl)
Ti-6(黄砂層5 m50 cm; 3%NaCl)
9(上空600 m; 0%NaCl)
10 (上空600 m; 3%NaCl)
12 (上空600 m; 15%NaCl)
17 (上空600 m; 0%NaCl)
Di-33(上空800 m; 3%NaCl)
18 (上空600 m; 3%NaCl)
Di-34(上空800 m; 3%NaCl)
19 (上空600 m; 10%NaCl)
20 (上空600 m; 15%NaCl)
0.1

立山

珠洲

敦煌上空及び立山積雪試料から分離したB.subtilisのgyrB遺伝子の核酸塩基配列は近縁となった。

敦煌

黄砂によってB.subtilisが越境移送している可能性は、極めて高くなった。

まとめてみると１．バチルス属がしばしば見つかる
２．黄砂イヴェント時には大気中の微生物濃度は上昇する
３．黄砂に微生物が付着した粒子は見つかるが、微生物単独
では検出されていない

腐敗、腐食

環境・文化

環境耐性

地元のミニコミ誌に登場した「納豆菌」。試験管を持っているのは牧准教授
この「納豆菌」は、上空3000～4000mで採集された試料中に見つかった。

地元紙も能登半島での活動を報告しております。

古代

能登を見る目

対大陸交流
対日本海域交流

中世
中世商人の登場津、浦の発展
中世権威の確立（気比神人の活動）
初期豪商の登場
近世
中世権威の没落と戦国大名等の権威の登場
日本海側の海外交易の拡大
近・現代
明治政府主導の政策の影響
江戸晩期から急発展し戦後急速に没落する日本海交易網
新しい価値を模索する時期が続いている
過疎、低迷する一次産業、高齢化、限界集落

欧米でも砂塵と微生物の長距離輸送を・・・・

武運つたなく落選した科硏の申請書の図

バイオエアロゾルの長距離輸送の可能性
微生物は輸送中に様々なストレスを受ける

輸送域

砂漠・乾燥・日射など劣悪環境下での生存と自由対流圏までの巻き上がり
気球観測を多用した
タクラマカン砂漠現地観測

発生域

社会的関心が高い生態や人への影響
航空機、船舶、山岳、地上観測網を駆使した観測

形態、生理性状
塩基配列、DNA解析
同定
長距離と変化・変質
黄砂との混合状態
気象場の解析

長距離輸送中に受ける微生物のストレス
黄砂バイオエアロゾルの発
長距離輸送する黄砂バイオ
生プロセス
エアロゾルの大気・気候影響

影響（沈降、沈着）域

農業や健康への影響
防疫のあり方・国際関係
生命史・地球史