Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
## 3 ．研究の方法

## （1） 環境変動史と州島地形構造に関する研究

現生および化石塊状サンゴ（ハマサンゴ）のコア試料を採取し、その酸素安定同位体比、ストロンチウム濃度（Sr/Ca）を月の時間分解能で測定した。酸素同位体比は水温と塩分の指標、ストロンチウムは水温のみの指標であるので、両者を測定することによって水温と塩分（＝降水量）を独立に、定量的に復元した。また、水資源汚染の顕著な海域から採取したサンゴ試料については、サンゴ年輪の窒素同位体比も測定し、栄養塩流入量の変化を復元した。

地形に関しては、州島を横断する方向に測線を設けてレベル測量を行い、島の地形断面を求めた。標高は、測量時の海水面を基準にして求め、潮位予測値によって平均海面からの値に補正した。

測線上で適当な間隔でトレンチを掘削して、トレンチ壁面の堆積物を採取し、その粒度と構成を求めた。また、棘の磨耗していない有孔虫殻のみを選別して放射性炭素年代を測定して、その堆積年代を求め、海面変動との詳細な比較を行った。

## （２）人間居住史と農耕史に関する研究

地球温暖化にともなう海面上昇の影響が懸念されるなかで、人間の暮らしを含めた環礁州島の脆弱性を個別に評価するためには、農耕景観の形成を歴史的に把握することが役に立つ。そのためにまずは、①オセアニア環礁州島における農耕の現状を把握するために、民族誌、民族植物学、農学の文献情報を収集した。次に、②ツバルのフナフチ環礁フォンガファレ州島にて、州島形成と人間居住の関係史にかかわるジオアーケオロジー調査を実施した。

## （３）生活圏形成と社会変動に関する研究

マーシャル諸島共和国、ツバル、キリバス共和国を中心とする各種センサス情報を現地及び図書館等で収集し、人口動態統計情報のトレンドの経年的分析を行った。

人口動態の詳細かつ微細な傾向・特質を把握するための悉皆的なコミュニティ調査手法（観察・面接調査）に基づくフィールド・センサス調査（ミクロなレベルの人口動態分析）及び面接調査（自由応答法）によるライフヒストリー（個人の居住歴、移動歴、職歴、社会ネットワーク形成）と環境変動意識・景観認識に関する情報の収集と分析を行った。

現地調査においては、環礁州島間の定期航路の乗船者名簿等の各種情報と史資料を活用した社会ネットワーク形成のトレンド分析を行った。同時に、New Zealand Census Data(1853-2006)を用いた、小島嶼国と環太平洋メトロポリタン地域との間に継続する広範な地域的人口移動に関するトレンドの経年的分析を行った。

また、環境認識に関しては、文化人類学的手法による民俗語彙（現地言語の語彙によるカテゴリー化）の調査に基づく現地社会の生活圏認識の分析を行った。

## （４）地形変化予測と影響評価に関する研究

環礁州島の地形変化は自然条件によるものと人工的に生じるものの二つに大きく分けられる。本研究では自然条件による地形変化に着目し、砂生産—運搬—堆積の一連のプロセスを再現する地形変化モデルの構築を行い、州島地形の将来予測と、それに対する保全策を検討した。

海岸においては、植生による侵食防止作用に着目し、衛星画像による植生分布等に基づくゾーニングを行った。

陸域からの海域汚染の状況と汚染源を特定するために、海岸水を採水し、水質分析を行った。

## （５）水資源変化予測と影響評価に関する研究

州島の水資源量とその動態を把握するために、島を横断するいくつかの観測線で電気探査を実施した。井戸水の同位体分析により、地下水（淡水レンズ）の滞留時間を推定した。以上に基づき、地下水流動の数値モデリングを行った。また、気象データを収集し、水収支モデルを作成した。

## （６）情報の統合化と適応策に関する研究

現在の小島嶼国の危機は、グローバルな要因とローカルな要因の複合により生じており、ローカルな要因を特定することにより適応策の立案が可能となる。本研究においては、国土の維持に重要な生態学的、海岸工学的プロセスと、地産地消の資源である水資源を中心に、グローバルな要因とローカルな要因に関して、サブテーマ1～5の知見をまとめて危機の全体像を描出した。その上で、適応策を、要因と時空間スケールに基づいて整理し、対象地において効果的な適応策を提案した。
## 4 ．結果及び考察

## （1） 環境変動史と州島地形構造に関する研究

化石サンゴの分析により、現在に比べ、2100年前はエルニーニョが強く、1000年前は降水量はほとんど変化していないことが示された。また、窒素同位体比からは、近年の人口増加にともなって汚染が増大し、サンゴが斃死していることが明らかになった。

島の地形は2000年前から有孔虫の遺骸片とサンゴ片の堆積により発達を始めたことが明らかとなったが、ツバルの島の体積はマーシャル諸島共和国の島の4分の1であり、環境変動に対してより脆弱であることが示唆された。

## （２）人間居住史と農耕史に関する研究

発掘調査とタロイモ畑の分布調査により、島の発達による淡水レンズの発達が農耕に大きな影響を与えていることが明らかとなった。また、人間居住と農耕年代は島の構造により異なり、ツバルの方がマーシャル諸島共和国より若い年代を示した。

## （３）生活圈形成と社会変動に関する研究

人口調査、聞き取り調査、乗船名簿調査等すべての調査は、島と島の間に社会ネットワークが形成されており、多くの人口が流入すると同時に多くの人口が流出するような平衡状態が維持されていることが明らかとなった。住民の生活圈形成を把握するキーワードは、ネットワーク、移動性、広範性、柔軟性、適応性であり、従って、人間－環境系の視点から資源の保全ならびに環境変化に対する適応策を策定するに際しても、開放系システムとしての環礁州島の生活圈形成の特質を前提とする必要があることが示された。

## （４）地形変化予測と影響評価に関する研究

地形変化の将来予測計算結果から、激しい侵食が生じる領域などが特定されたが、その分布は広範囲に不連続に分布していた。また、海岸植生分布からは、近年植生の占有率が低下しており、海岸の維持機能が低下していることが明らかとなった。人口の少ない島周辺では砂生産が維持されているため、ここからの砂の移動による養浜が対策として考えられた。

水質分析からは、汚染の原因として屎尿が考えられた。

## （５）水資源変化予測と影響評価に関する研究

マーシャル諸島では厚い淡水レンズが形成されるが、人工揚水によって塩水化が起こっている状況が明らかとなった。一方、ツバルでは元々の州島の面積が小さく、淡水レンズは形成されず、古水資源は降水量がほとんどであった。水収支の解析及び地下水流動モデルにより、水資源の診断ツールを提供するとともに、今後の気候変動による水資源低下に対して、淡水レンズとその周辺の汽水を組み合わせて使用することが可能であることが示された。

## （６）情報の統合化と適応策に関する研究

以上のサブテーマ1～5の知見を統合し、環礁州島の地形変化と水資源変化に与えるグローバル・ローカルな要因を特定し、それらの関係をまとめた（図1）。

島の構造は多様であり、地形的に脆弱なツバル（サブテーマ1）においては、淡水レンズが形成されず（サブテーマ5）、居住開始年代が若く（サブテーマ2）、マーシャル諸島に比べより脆弱であることが環境変動史と人間居住史からも明らかとなった。また、最近の人口増（サブテーマ3）にともない、屎尿による汚染も進んでいる（サブテーマ4）。すなわち、ツバルは、地球温暖化にもなうグローバルな要因と人口増加にともなうローカルな要因の複合にさらされている。さらに、将来的に国土の減少や水資源の劣化が危惧される。ツバルに限らず、小島嶼国は利用可能な土地と資源が限られており、構造的に同じ問題を抱えていると言って良い。こうした問題のバリエーションは、気候—地形—水資源と社会システムで説明でき、他の島嶼国にも適用可能である（図4）。

環境変動に対する適応においては、グローバル（地球温暖化）な影響の低減、ローカル（人口増加）な影響の低減に加え、未利用資源の開拓が重要であると考えられる（図5）。淡水レンズの存在しないフォンガファレ島においては、水タンクが多数設置され、渇水期をしのいでいる。このように、自然の状態では活用されていなかった資源の活用を未利用資源の開拓と考える。第二次世界大戦以降の人口の急激な増加と、1950年以降の温暖化傾向は、すでに現在において、水タンクに代表されるように環境変動への適応が始まっていると考えることができる。
図4．州島の気候—地形—水資源、人間システムとグローバル・ローカルな環境問題の関係

a: 適応策なし

図5．a：適応策の無い場合の環礁州島の持つ環境収容力（人口）の変化。第二次世界大戦前をベースラインと考えると，今後，グローバル・ローカルな要因両方によってその環境収容力が低下する(1)。現在は，水タンクなどによって環境収容力を上げ，人口増加をまかなっている状態である(2)が，グローバル・ローカルな要因両方によってその環境収容力が低下する(3)と考えられる。b：適応策を講じた場合。グローバル（地球温暖化）な影響の低減，ローカル（人口増加）な影響の低減に加え，未利用資源の開拓（水タンクなど）により現在の環境収容力が維持される(4)。
社会面での適応も考えるべき要素である。親族間の社会ネットワークに基づいた環礁間や海外を含めた島外への人々の移動が活発である（サブテーマ3）。移動することによって、人々は一つの環礁あるいは州島にとどまらず資源を広く利用していると考えられる。

ツバルにおいては、要因において特に重要なものが、グローバルな要因である海面上昇と降水量変動、ローカルな要因である人口増加にともなう土地利用変化と汚染にあることが示された。元湿地帯を示したハザードマップによる都市計画の立案、海浜植生の回復による海岸保護、ゾーニングによる保護区域の設定とともに、汚染の低減やサンゴ・有孔虫の増殖によって生態系を積極的に回復させて砂生産を増大させること、タロイモ畑における淡水保水力のある土壌を導入すること、環礁間や島外のネットワークを促進する運輸手段の増強を行うことなどが具体的な対策として考えられる。

一方、マーシャル諸島共和国においては、ツバルより頑健であるものの、海岸侵食や淡水レンズの塩水化の問題が起こりうる。サブテーマ4により、マーシャル諸島共和国において、人口が少なく健全なサンゴ礁生態系の維持されている島の周辺では砂生産が過剰にあり、そこからの砂運搬による養浜も対策として考えられることが示された。また、サブテーマ5の水収支の成果は診断ツールとして活用され、適切な水利用の指針策定に貢献するものである。

5．本研究により得られた成果

（1）科学的意義

本研究により、小島嶼国の危機の構造が明らかになるとともに、適応策を要因（グローバルな影響の低減、ローカルな影響の低減、未利用資源の開拓）で整理でき、対象地に対して具体的な適応策を提示することができた。環礁州島の立地条件は多様で、それに従い、環礁州島は多様な構造を持つ。一つの環礁内においても、そこに分布する州島の地形、形態や面積は多様である。環礁に居住を始めた人間は、地形を改変し、農耕栽培を行って景観を形成してきた。こうした人間居住史や社会構造、生活圈形成の歴史も多様である。火山島からなる小島嶼国は環礁とはさらに異なる構造や歴史を持っているであろう。本プロジェクトは、こうした多様性を理解した上で、グローバル・ローカルな要因を特定して具体的な対策を立案し、現地での施策や援助計画に反映させることが必要であることを示した。

（2）環境政策への貢献

本プロジェクト全体の目的と適応策の枠組みに関して、総合科学技術会議「気候変動適応型社会の実現に向けた技術開発の方向性立案のためのタスクフォース」への資料提供を行った。

本研究の成果に基づいて、特にツバルの海岸の生態工学的再生を目指した科学技術振興機構と国際協力機構による地球規模課題対応国際科学技術協力事業「海面上昇に対するツバル国の生態工学的維持」（代表者：東京大学 茅根創教授）が立ち上げられた。本事業は、上で挙げた項目のうち、汚染の低減やサンゴ・有孔虫の増殖によって生態系を積極的に回復し、砂生産を増大させ、島の砂浜を回復することを目標としている。この目標は、本推進費で得られた科学的知見に基づく適応策をもとに立てられたもので、もし本推進費の知見がなかったら護岸など長期的な島の形成メカニズムを損なうような対策のみに終わってしまったかもしれない。本プロジェクト課題の科学的成果を具体的かつ有効な対策につなげることができたと考えられる。

環礁以外の小島嶼国にもさらにさまざまな自然・社会的問題が存在している。前述のように、本プロジェクトにおいては、水資源・農業管理や社会ネットワークの形成など、他に適応策に展開できる成果が得られた。今後、さらに島嶼国に対する科学的知見を積み重ねるとともに、そこから得られた、多様な問題に対する適応策がそれぞれの国に適用・実現されるよう努める。
## 6 ．研究者略

課題代表者：山野博哉

1970年生まれ、東京大学大学院理学系研究科博士課程修了、博士（理学）、国立環境研究所研究員、現在、国立環境研究所主任研究員

## 主要参画研究者

（1）茅根 創、1959年生まれ、東京大学大学院理学系研究科地理学専門課程修了（理学博士）、工業技術院地質調査所主任研究員、現在、東京大学大学院理学系研究科教授

（２）山口 徹、１９６３年生まれ、慶應義塾大学文学部卒業、オークランド大学大学院人類学部卒業（PhD．in Anthropology）、千葉商科大学政策情報学部助教授、現在、慶應義塾大学文学部教授

（３）棚橋　訓、１９６０年生まれ、慶應義塾大学文学部卒業、博士（社会人類学）、慶應義塾大学文学部助教授、現在、お茶の水女子大学大学院人間文化創成科学研究科教授。

（5）谷口真人、1959年生まれ、筑波大学大学院博士課程地球科学研究科修了（理学博士）、現在、総合地球環境学研究所プログラム主幹・教授

梅澤　有、1974年生まれ、東京大学大学院理学系研究科修了（博士（理学））、総合地球環境学研究所上級研究員、現在、長崎大学水産学部助教（総合地球環境学研究所客員研究員）

## （6） 山野博哉（同上）

7．成果発表状況（本研究課題に係る論文発表状況。）

## (1) 查読付き論文

1) 山野博哉：地図の無い島－環礁州島における地理情報の整備と地球温暖化に対する脆弱性評価・適応策への応用－．地学雑誌，117，412-423（2008）

2) 桑原祐史・横木裕宗・佐藤大作・山野博哉・茅根創：ツバル国フナフチ環礁における沿岸域土地被覆変化の解析．沿岸域学会誌，21(2)，21-32（2008）

3) Murase, T., Tanaka, M., Tani, T., Miyashita, Y., Ohkawa, N., Ishiguro, S., Suzuki, Y., Kayanne, H. and Yamano, H.: A photogrammetric correction procedure for light refraction effects at a two-medium boundary. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 74, 1129–1136 (2008)

4) 深山直子：ニュージーランド・オークランドにおける太平洋島嶼系住民の祭典—『パシフィカ・フェスティバル』と『ポリフェス』の報告．日本オセアニア学会NEWSLETTER，91，15-21(2008)

5) 小林 誠：地球温暖化言説とツバルー海面上昇に関する語りと認識をめぐって．社会人類学年報、34,159-176(2008)

6) 佐藤大作、横木裕宗：Funafuti環礁Fongafale島における作用外力と地形変化に関する現地調査、地球環境研究論文集，17，77-84（2009）

7) 桑原祐史・江田雄樹・横木裕宗・小柳武和・三村信男：南太平洋島嶼国を対象とした沿岸域防護のためのゾーニング図作成方法の高度化、（社）地盤工学会 環境地盤工学シンポジウム発表論文集，8，389-394（2009）

8) Fujita, K., Osawa, Y., Kayanne, H., Ide, Y. and Yamano, H.: Distribution and sediment production of large benthic foraminifers on reef flats of the Majuro Atoll, Marshall Islands. Coral Reefs, 28, 29–45 (2009)

9) Yamaguchi, T., Kayanne, H. and Yamano, H.: Archaeological investigation of the landscape history of an oceanic atoll: Majuro, Marshall Islands. Pacific Science, 63, 537–565 (2009)

10) Osawa, Y., Fujita, K., Umezawa, Y., Kayanne, H., Ide, Y., Nagaoka, T., Miyajima, T. and Yamano, H.: Human impacts on large benthic foraminifers near a densely populated
area of Majuro Atoll, Marshall Islands. Marine Pollution Bull., 60, 1279–1287 (2010)

11）中田聡史・山野博哉・梅澤有・藤田昌史・渡邊真砂夫・谷口真人：比抵抗法による環礁州島における帯水層の塩水化評価．日本リモートセンシング学会誌，30（5），317-330（2010）

12）小林 誠：ポリネシア・ツバルの “環境難民” をめぐる覚書—海外移住に関する言説と現状の乖離．環境創造，13，73-84(2010)

13）深山直子、石森大知：『沈む』島の現在一ツバル・フナフチ環礁における居住を巡る一考察.

史学，79，57-75(2010)

14) Nakada, S., Yasumoto, J., Taniguchi, M., and Ishitobi, T.: Submarine groundwater discharge and seawater circulation in a subterranean estuarine beneath a tidal flat. Hydrol. Process., DOI: 10.1002/hyp.8016, (2011)
課題名 D-0903 絶滅危惧植物の全個体ジェノタイピングに基づく生物多様性保全に関する研究

課題代表者名 井鷺裕司（京都大学学院農学研究科森林科学専攻森林生物学研究室）

研究实施期间 平成21～23年度

累計予算額 99,278 千円（うち 23 年度 32,976 千円）

予算額は、間接経費を含む。

## 研究体制

(1) 定常的な人為インパクト下にある絶滅危惧植物保全に関する研究（京都大学大学院農学研究科）

(2) 地史的環境変動と近年の温暖化リスク下にある高山における絶滅危惧植物保全に関する研究 (東北大学大学院農学研究科)

(3)絶滅危惧シダ植物保全に関する研究(熊本大学大学院自然科学研究科)

(4) 全個体ジェノタイピングおよび位置情報に基づく絶滅危惧植物個体群の持続可能性評価に関する研究（北海道大学大学院地球環境科学研究院）

## 研究協力機関

神戸大学発達科学部、滋賀県立大学環境科学部、奈良教育大学教育学部、東京大学農学生命科学研究科、北九州市立自然史博物館、大阪市立自然史博物館、新潟大学農学部、山梨県森林総合研究所、屋久島生物多様性協議会、北海学園大学工学部、北海道立総合研究機構環境科学研究センター、高知大学大学院総合人間自然科学研究科

## 研究概要

### 1. はじめに(研究背景等)

自然環境に対する人為インパクトの増大によって、多くの生態系で生物多様性が低下しつつある。日本列島は、世界に34ヶ所認識されている生物多様性ホットスポットのひとつであり、変種や亜種も含めると約7,000種の維管束植物が分布しているが、そのうち約4分の3が、何らかの形で絶滅の危機に面している。絶滅危惧種の保全活動によって、個体数が維持・回復している事例もあるが、詳細な遺伝解析に基づく保全活動が展開されている例は少なく、不適切な保全活動がかえって集団の健全性を損なう問題も懸念されている。

図1. 全個体ジェノタイピングによる絶滅危惧種保全

生物個体群における遺伝的多様性、遺伝構造、遺伝的分化等の遺伝的特徴は、絶滅危惧種の個体群動態、更新過程、適応度等に対して大きな影響を及ぼすため、これらの情報は、絶滅危惧種の保全のために必要不可欠である。適切な保全方法を確立し、生物学的多様性の減少を止めるためには、個体レベルの詳細な
遺伝情報が必要であるが、多くの絶滅危惧種においては、いまだにそのような情報を利用できる状態には至っていない。

本研究では、多様な絶滅危惧種を対象に、野生に生育する全個体をジェノタイピング（遺伝子型を決定すること）するという、野生生物の保全策としては、これまでほとんど行われた事のないアプローチを複数の絶滅危惧植物に適用し、詳細な遺伝情報を獲得する。得られた遺伝情報や生育地情報に基づいて、絶滅危惧種の状況のより正確な把握、適切な保全策の構築、そして数理モデルを活用した個体群持続可能性の評価を行うことで、生物多様性保全に寄与することを目的とする（図1）。

生物多様性保全の重要性は世界的に認知されつつあり、生物多様性条約の発効（1993年）以降、多くの社会的取り組みが行われている。これら各種の生物保全活動に対して、遺伝情報に基づく適切な管理指針を供与することにより、活動の意義やパフォーマンスを著しく上げることが期待される。

### 2. 研究開発目的

本課題は絶滅危惧植物の保全のために、残存するすべての個体について網羅的に、生育位置、繁殖状況、遺伝子型に関する調査を行い、その情報をもとに、遺伝解析と数理解析によって、合理的な生物多様性保全策を検討することを目的とする。

本研究では、ただ単一の絶滅危惧種を対象とするにとどまらず、異なった生育域、分類群の20種を解析対象にすることにより、生物多様性保全に関してより一般的な理解を得ることを目的とする。すなわち、定常的な人為インパクト下にある絶滅危惧植物、地史的環境変動および近年の温暖化リスク下にある高山における絶滅危惧植物、絶滅危惧シダ植物を対象とした遺伝解析を行う(図2)。異なった生育環境に生育する絶滅危惧植物、あるいは、多様な分類群を解析対象とすることで、より一般性・普遍性のある解析を目指す。得られたデータに基づき、空間構造と遺伝情報を組み込んだ数理モデルを作成し、メタ個体群の存続に関わる将来予測、個体群の脆弱性や持続可能性を解析する。また、種間あるいは個体群間の比較により、どのような生物学的特徴が絶滅リスクを高める要因になるか明らかにする(図2)。

図2. 本研究の構成

この研究で集積されるデータは、遺伝的多様性や対立遺伝子頻度における経時変化のモニタリング、更新個体の遺伝的特徴の評価、人工繁殖における遺伝的に適切な交配相手の選定、違法盗掘の防止、集団の遺伝構造から判断した適切な移植場所の決定など、保全活動に直接的なメリットを提供する。本研究では、残存する全個体を網羅的に遺伝解析し、更に、異なった生活史特性を持つ種の情報をもとにメタ解析をおこなうことで絶滅危惧植物の保全を試みる。本研究のアプローチは世界的にも例がないものであり、生物多様性保全の新たな手法の確立を目指すものである。
### 3. 研究開発の方法

## (1) 定常的な人為インパクト下にある絶滅危惧植物保全に関する研究

定常的な人為インパクト下で成立している生態系である、里地・里山に生育する絶滅危惧植物11種（スズカケソウ、トキワマンサク、ヤチシャジン、センリゴマ、シモツケコウホネ、ヒメコウホネ、ガシャモク、ハリママムシグサ、タデスミレ、ウスユキクチナシグサ、キバナスゲユリ）を対象に、マイクロサテライト遺伝マーカーの開発と生育地における個体の位置情報、繁殖状況調査、DNA解析のためのサンプル採集を行った。また、各対象種の状況に合わせた遺伝解析を行い、緊急の保全対策が求められる絶滅危惧種の適切な保全のための遺伝情報を得た。

## (2) 地史的環境変動と近年の温暖化リスク下にある高山における絶滅危惧植物保全に関する研究

温暖化や盗掘の影響が大きいと考えられる絶滅危惧の高山植物6種（ゴヨウザンヨウラク、ヤクシマリンドウ、ヒダカソウ、キリギシソウ、キタダケソウ、キバナアツモリソウ）を対象に、生育位置、繁殖状況を現地調査して正確な分布全容を把握するとともに、遺伝的解析用のサンプルを採集した。また、対象種の遺伝的解析用にマイクロサテライト遺伝マーカーを開発して、採取した個体の遺伝子型を決定し、集団遺伝学的な解析を行った。これらのデータをもとにして、遺伝的多様性や対立遺伝子頻度に関する現状把握、遺伝的特徴の評価、集団の遺伝的構造から判断した個体群間の遺伝的違いの把握など、保全活動計画策定に対して有効な情報を得た。

## (3) 絶滅危惧シダ植物保全に関する研究

多様な繁殖様式を有するシダ植物の絶滅危惧植物5種（シビカナワラビ、フクレギシダ、アオグキイヌワラビ、タイワンアリサンイヌワラビ、キュウシュウイノデ）を対象にして、マイクロサテライトマーカーの開発、新たな生育地の調査、生育地における全個体の位置情報、繁殖状況調査およびDNA解析のための全個体サンプリング、集団の遺伝的特徴を把握し、これらをもとに適切な保全対策を提言した。さらに、開発したマイクロサテライト遺伝マーカーの、より多くの種に対する有効性の検証のため、近縁他種における沢用性の検討も行った。

## (4) 全個体ジェノタイピングおよび位置情報に基づく絶滅危惧植物個体群の持続可能性評価に関する研究

個体レベルの詳細な位置情報と遺伝子型情報を活用することで、詳細な交配様式を表現した数理モデルを開発し、生物多様性の持続可能性や脆弱性を理論的に検討した。開発した数理モデルは、実生、成熟非繁殖、成熟繁殖、という3つの状態からなるステージ構造をもち、繁殖個体から生産される種子の生存率が親個体の血縁度によって決定されると仮定した。血縁度の推定には、ジェノタイピング情報を活用し、血縁度と種子の生存率の関係に関しては、線形減少関数、指数的減少関数、そして階段型減少関数の3通りの関数を用いた。本モデルのパフォーマンスを調べるために、絶滅危惧植物の遺伝子型に関する情報を基にして、持続可能性解析を行い将来の絶滅確率、将来残存する個体数、血縁度の推移を予測した。本数理モデルに、当プロジェクトで得られた全個体ジェノタイピングデータを適用して、複数種の絶滅危惧種の個体群存続性解析を行い、適切な保全管理に関する提言を行った。

### 4. 結果及び考察

## (1) 定常的な人為インパクト下にある絶滅危惧植物保全に関する研究

本サブテーマから得られた成果により、今回対象とした絶滅危惧植物が、ただ単に野生に生育する個体数が少ないだけではなく、遺伝的に評価すると、著しく個体数が少ないことが明らかになった。また、スズカケソウにおいて、野生集団を構成するクローンと生育地外保全されているクローンが異なっていた事は、遺伝的多様性を保持しつつ適切な生育域外保全を行うにあたってきわめて重要な情報である。

里地・里山に生育する絶滅危惧植物の中でも特にランクの高い分類群には、過去において、人為に植栽・移植されたものがあることが明らかになった（図3）。現在、多くの地域で里地里山に生育する絶滅危惧植物の保全活動が行われているが、今回の結果は、これらの保全活動をより効果的に行うためには、網羅的な遺伝解析により状況を評価することが重要であることを改めて示している。

分子マーカーを用いることにより、採取や売買が禁止されている絶滅危惧種の識別がなされることはこれまで報告があるが、本課題の成果においては、更に、全個体の遺伝子型情報に基づいて、市場に流通している個体の採集場所を明らかにできた。このことは、市場に流通する希少植物の由来を正確に特定できることを意味しており、法生物学（forensic biology）的な観点からも意義ある成果であると考えられる。

植物園等において絶滅危惧植物の生育域外保全を行う際に、各個体に遺伝子型のタグを付け、それに基づいて適切に維持・管理することは、域外保全活動において先進的かつ有益な取り組みであるといえる。
図3. トキワマンサク集団のクローン構成.

色の違いは異なったクローンを表す。中国のトキワマンサク野生集団は全てが異なったクローンから構成されるが、日本で野生として知られる3ヶ所の集団は，同一のクローンが卓越しており、人為植栽由来であることが判明した。N: 解析サンプル数。

日本に現存するスズカケソウについては、ユニークな対立遺伝子を持つすべてのクローンを、その遺伝子型とともに広島市植物公園で生育域外保全するという段階まで持ち込むことができたことは、大きな成果の一つとしてあげることができる（図4）。更に、スズカケソウ以外の絶滅危惧植物に関しても、域外保全が行われている、あるいは検討されている分類群について、現存する全個体について遺伝子型タグを付加したうえで個体管理することがほぼ可能となった。各個体の遺伝子型に基づいて種内の遺伝的多様性を保全する枠組みを実証したこと、そして、その基礎となる全残存個体の遺伝子型情報を、比較的短期間かつ低コストで複数の絶滅危惧植物について同時に整備できることを示したことは、絶滅危惧種の適切な域外保全を実行する上で、本プロジェクトの重要な成果である。

図4. 本研究の成果に基づいて生育域外保全しているスズカケソウの遺伝子型. Type A, B, C, Dの4クローンを保全することで現存する遺伝的多様性を保全できる.

## (2) 地史的環境変動と近年の温暖化リスク下にある高山における絶滅危惧植物保全に関する研究

高山に分布する絶滅危惧種を対象として行った本研究の詳細な分布調査により、これまで不正確にしか明らかになっていなかった絶滅危惧種の分布の現状が判明した。例えば、岩手県五葉山のみに分布するゴヨウザンヨウラクは、本プロジェクトの解析を通して、これまで認識されていなかった多くの個体が分布することが判明した。しかしながら、それでも300株に満たない開花個体が数ヘクタールの範囲内に分布しているにすぎないことが明らかになった。
かになり、その保全価値が改めて認識された。同時に行われた生育実態・開花状況・個体群動態調査などの情報を総合して、分布個体数以外のより広い視点でこれまで不明であった絶滅危惧種の現状を把握することができた。

また、遺伝マーカーを開発したことにより、対象種の遺伝的特徴を把握することが可能となった。これらのマーカーは近縁種にも利用可能であることから、近縁種に関する遺伝的解析が可能になっただけでなく、絶滅危惧種と近縁種との種間比較が可能になった。これらのマーカーを用いることによって、遺伝的な個体数、遺伝的多様性、個体群内の空間的遺伝構造、個体群間の遺伝的分化の程度、種間の遺伝的関係、集団サイズの急激な減少（ボトルネック）の有無等に関わる集団遺伝学的な解析を行うことができ、絶滅危惧種の状況を遺伝学的に適切に評価することが可能となった。例えば、ヒダカソウでは個体群動態調査によってだけでなく、集団遺伝学的にも近年に急激な集団サイズの減少があった可能性が示され、絶滅危惧植物としての保全の緊急度は極めて高いことが多角的に示された。

## (3) 絶滅危惧シダ植物保全に関する研究

全個体ジェノタイピングを行うことで、保全生態学では、これまで世界的に見ても、ほとんど取り上げられることのなかったシダ植物に関する新たな情報が得られた。

二倍体有性生殖種シビカナワラビは、分布が限定するにもかかわらず、著しい遺伝的変異があり、現存する4集団は遺伝的に分化していた。二倍体有性生殖種フクレギシダは、4集団において全個体が遺伝的に全く同じ完全ホモ個体であること、集団間では遺伝的に異なることが分かり、シダ植物特有の自配自家受精による集団形成という事例を初めて発見できた（図5）。

図5. フクレギシダの集団ごとに固定した遺伝子型. それぞれの集団は異なった単一胞子の自配自家受精由来する.

四倍体有性生殖種アオグキイヌワラビは、遺伝的に変異は少なく複数生育地で優占するクローンが認められた（図6）。これに対して、比較解析に供試した普通種であるメシダ属3種は、高い遺伝的変異を示した。一方、同じく四倍体有性生殖種タイワンアリサンイヌワラビは、遺伝的に全て同一で固定異質接合体だった。四倍体種に関しては、通常遺伝的変異は少ないものと、これまで考えられてきたが、マイクロサテライトマーカーを用いた解析によって、多くの遺伝的変異が生じていることが明らかとなった。また、アオグキイヌワラビは同質倍数体起源の、タイワンアリサンイヌワラビは異質倍数体起源の可能性があり、シダ植物に多く見られる四倍体種の保持する遺伝的多様性の実態について、新たな知見をもたらした。二倍体無融合生殖種キュウシュウイノデは、遺伝子座全てが同一のホモ接合体で、変異がまったく検出されず、全て同一クローンであった。

シダ植物においてマイクロサテライトマーカーを用いた解析は、これまで世界的に見ても、限られた数の報告がなされているだけである。また、すでに開発されているものも二倍体有性生殖種のみを対象としており、シダ類の多様な生殖様式をカバーするものではない。本プロジェクトでは、二倍体有性生殖種2種（カナワラビ属Arachniodesとイワデンダ属Diplazium）、四倍体有性生殖種（メシダ属Athyrium）、二倍体無融合生殖種（イノデ属Polysthichum）のシダ植物に対してマイクロサテライトマーカーを開発した。このうちメシダ属以外のマイクロサテライトマーカーは、世界でも初めて開発されたものである。また、イワデンダ属以外のマーカーは同属植物に汎用可能であり、多くの絶滅危惧種を含むメシダ属やカナワラビ属にも応用可能となり、シダ植物の集団遺伝学的研究の発展への大きな貢献となった。
図6. アオグキイヌワラビの全野生集団におけるクローン組成.

青色で示した最も頻度の高いクローンが全集団で優占している。

## (4) 全個体ジェノタイピングおよび位置情報に基づく絶滅危惧植物個体群の持続可能性評価に関する研究

個体レベルの詳細な位置情報と遺伝子型情報を活用することで、遺伝的多様性の喪失が絶滅率に上昇に与える影響を量的に見積もることが可能となった（図7）。このことは、絶滅危惧種個体群の持続可能性について、種間や個体群間の違いに対応した科学的な予測を打ち立てることを可能にし、各種保全活動の効果予測の精度を高めることに繋がる。さらに、研究や保全活動へ割り当てることのできる資源をより効率的に利用できるようになる。

また、改良した数理モデルの解析によって、長距離花粉散布による遺伝子流動が、絶滅確率を減少させる主要な要因となる可能性が指摘された。また、個体数が減少した個体群においては、1年草の生活史を持つ植物種において、多年生植物種よりも絶滅確率が低く維持されることが明らかになった。

これまでの絶滅危惧種管理に関する研究はおもに残存個体数を軸になされてきた。本研究課題の成果として、個体数に加えて遺伝情報と位置情報が得られること、そして遺伝情報と位置情報を最大限生かした持続存続性解析モデルを活用すること、によって残存個体数だけからはわからなかった遺伝的多様性を維持することの重要性が明らかになった。特に本研究によって、少数の個体からなる分集団も個体群維持に大きな貢献をしていることが明らかになった点には、大きな意義がある。

開花後の栄養成長率(S3)

図7. シモツケコウホネにおける個体群存続確率の推定値および分集団消滅の影響

### 5. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

1) 本研究で対象とした多くの絶滅危惧種に関して、残存する絶滅危惧種のすべての個体に遺伝的なタグを付けた事になるので、各個体の遺伝的同一性、個体間の血縁度、集団の遺伝的多様性、集団間の遺伝的分化等に関して、詳細な情報を用いた合理的かつ効率的な保全を行うことが可能になった。絶滅危惧種存続上の大きな脅威となっている生育地縮小や劣化に対処するために保全活動を行うに当たって、残存した遺伝的多様性を最も高い費用対効果で保全するプランを立案できるようになった。
2) シモツケコウホネについては、全個体の遺伝子型決定に基づいて、市場に流通している個体の採集場所を明らかにできた。このことは、市場に流通する絶滅危惧種の由来を正確に特定できることを意味しており、法生物学（forensic biology）的な観点からも意義ある成果といえる。また、違法採集によって市場に流通した個体について、その由来を特定できるので盗掘防止への強い圧力となり得る。実際に盗掘由来と思われる個体の流通が行われなくなっており、遺伝子型情報を利用した新しい保全策として期待される。

3) スズカケソウに関しては、固有の対立遺伝子を保有するすべてのクローンに遺伝子型のタグを付け、それに基づいて植物園で生育域外管理を行うという、保全生物学上、先進的な取り組みをはじめた。

4) シダ植物においてマイクロサテライトマーカーを用いた遺伝解析はこれまで世界的に見ても少なかったが、多様な繁殖システムを持つ複数のシダ植物を対象にマーカー開発を行った。カナワラビ属とイワデンダ属、イノデ属におけるマイクロサテライトマーカーは本研究により初めて開発されたものである。また、カナワラビ属とメシダ属、イノデ属のマーカーは同属植物にも汎用的に適用可能であり、多くの絶滅危惧種を含むこれら分類群の保全や集団遺伝学的解析が可能になった。

5) シダ植物特有の自配自家受精による集団形成の重要性が初めて明らかとなり、全ての集団において集団内の全個体の遺伝子型がホモ接合体で遺伝的に同一であるという非常に珍しい例が確認された。

6) 遺伝的多様性の喪失や各残存個体群の消失が絶滅確率の上昇に与える影響を量的に評価することが可能になった。このことは、絶滅危惧種個体群の持続可能性について、種間や個体群間の違いに対応した科学的な予測を打ち立てることを可能にし、各種保全活動の効果予測の精度を高めることにつながるものである。

## (2) 環境政策への貢献

1) 今回得られた成果は、全個体ジェノタイピングに基づく絶滅危惧植物の盗掘防止と適正管理に関するモデルケースを提供するものである。全個体ジェノタイピングが終了した絶滅危惧種については、残存するすべての個体に遺伝的タグを付けたことになるので、市場に流通している個体の由来を正確に特定でき、絶滅危惧種の違法な採取や販売を検知可能である。また、園芸的価値が高く、盗掘被害を受けやすい植物について、全個体についてジェノタイピングが終了していること、違法な採取によって市場に流通している個体の由来を特定できることを広く周知することによって、盗掘防止への強い圧力になることが期待できる。さらに、そのような絶滅危惧植物を、認定業者等が合法的に販売する場合にも、特定の遺伝子型を有する個体を販売することにより、販売されている個体が正規のルートを経たものである事を簡単に証明できるようになる。全個体ジェノタイピングに基づくこれらの対策を総合的に実施することにより、絶滅危惧植物の盗掘防止と有効利用について、より厳密かつ積極的な制度が構築できると考えられる。

2) 本研究で対象としたシモツケコウホネは、絶滅のおそれのある野生動植物の種の保存に関する法律に基づく「国内希少野生動植物種」として指定される予定である。本研究で得られた知見や開発したマイクロサテライトマーカーや、今後の保全活動を実施する際に有効に利用できる。

3) 本研究で対象とした高山植物3種（ヒダカソウ、キリギシソウ、キバナノアツモリソウ）は、北海道希少野生動植物の保護に関する条例の対象種であるため、本研究による遺伝的情報は包括的な保全対策の構築に寄与できる。またゴヨウザンヨウラクについては岩手県立博物館と、ヤクシマリンドウについては地元NPOの屋久島生物多様性保全協議会との連携を図り、研究成果を具体的な保全策に役立てていく予定である。なお、2010年10月21日には「COP10生物多様性交流フェア（名古屋大学）」において、屋久島生物多様性保全協議会によるヤクシマリンドウの保全活動の報告がなされている。

4) 今回調査した4種のシダ植物は、全て平成22年度からの環境省のRDB調査対象種である。今回得られた結果から、個体数と遺伝的多様性の動態についてモニタリングが可能となり、正確でより持続性の高い保全管理が期待される。フクレギシダについては、保全対策を含め、成果の広報・普及に努める予定である。また、アオグキイヌワラビに関しても、熊本県の自然保護課に情報提供し、保全対策に協力する予定である。また、宮崎県におけるシビカナワラビの新発見とアオグキイヌワラビの再発見は、現在作成中の宮崎県RDBに掲載される予定である。
5) 本プロジェクトで得られた成果を、行政や市民の保全活動に速やかに反映させるため、市民向けシンポジウム（「シモツケコウホネを知る・守る」2010年9月23日栃木県立博物館講堂、「ふるさとの自然を守ろう～生物多様性を考える～」平成23年11月23日広島市植物園展示資料館）や新聞報道（「群落保全遺伝子型カギ」2011年9月25日朝日新聞）等で成果の普及に努めた。

### 6. 研究成果の主な発表状況

## (1) 主な誌上発表

## く査読付き論文>

1) I. MASUMOTO, S. KANEKO, K. OHTAKE, and Y. ISAGI: Conservation Genetics Resources 3, 163-165 (2010)

“Development of microsatellite markers for Adenophora palustris (Campanulaceae), a critically endangered wetland plant species in Japan”

2) A. IZUNO, M. TAKAMIYA, S. KANEKO and Y. ISAGI: American Journal of Botany, 98, e339-341 (2011)

“Microsatellite loci in an endangered fern species Athyrium viridescentipes (Woodsiaceae) and cross-species amplification”

3) H. ABE, M. MAKI, S. HORIE and Y. SUYAMA: Conservation Genetics Resources, 3, 569-571 (2011)

“Isolation and characterization of microsatellite loci for Menziesia goyozanensis, an endangered shrub species endemic to Mt. Goyo in northern Japan”

4) M. YOKOGAWA, T. SHIGA, S. KANEKO and Y. ISAGI: Conservation Genetics Resources, (2012) "Development of nuclear microsatellite markers for the critically endangered freshwater macrophyte, Nuphar submersa (Nymphaeaceae), and cross-species amplification in six additional Nuphar taxa" (in press)

5) C. FUKADA, S. KANEKO, M. YOKOGAWA, and Y. ISAGI: Conservation Genetics Resources, (2012) "Development of ten microsatellite markers for Arisaema minus (Araceae), a vulnerable Japanese herb species" (in press)

6) N. NAKAHAMA, S. KANEKO, A. HAYANO, Y. ISAGI, M. INOUE—MURAYAMA and T. TOMINAGA: Conservation Genetics Resources, (2012)

“Development of microsatellite markers for the endangered grassland species Vincetoxicum pycnostelma (Apocynaceae), using next generation sequencing technology.” (in press)

7) A. IZUNO, M. TAKAMIYA, S. KANEKO and Y. ISAGI: Journal of Plant Research, (2012) "Genetic variation and structure of the endangered Lady Fern Athyrium viridescentipes based on ubiquitous genotyping." (in press)

8）津村義彦、陶山佳久編:森の分子生態学第二版、p137-158、文一総合出版、(2012)「第4章 絶滅危惧種の分子保全遺伝学（執筆担当:井鷺裕司）」

9）井鷺裕司、兼子伸吾、水谷未耶、加藤慶子、伊津野彩子、高宮正之、志賀隆、増本育子、大竹邦明：DNA多型（2012）

「全個体遺伝子型解析による絶滅危惧植物の保全」(印刷中)

## (2) 主な口頭発表 (学会等)

1) S. KANEKO, F. NOBUSHIMA and Y. ISAGI: East Asian Plant Diversity and Conservation 2nd Meeting, Beijing, China, (2009)

“Exhaustive genotyping for all remnant populations of endangered tree species revealed the significant genetic differentiation among populations in small geographical scale”

2）橋本美幸、寺田（西田）泰子、藤井紀行、高宮正之：第73回日本植物学会大会（2009）「ホソバイヌワラビ（広義）の種内分類群に関する研究」

4）兼子伸吾、大庭俊司、井鷺裕司：第57回日本生態学会東京大会(2010)「絶滅危惧植物センリゴマの全残存集団を対象とした網羅的遺伝解析」

5）大竹邦暁、兼子伸吾、増本育子、井鷺裕司：第57回日本生態学会東京大会(2010)「ユビキタスジェノタイピングによる絶滅危惧植物ヤチシャジンの保全」
6）志賀隆、杉田勇治、横川昌史、兼子伸吾、井鷺裕司：第9回日本植物分類学会愛知大会(2010)「水生植物ナガレコウホネ(スイレン科)の形態変異と遺伝的変異」

7）志賀隆、横川昌史、兼子伸吾、井鷺裕司：日本植物学会第74回春日井大会（2010）「遺伝子解析から見いだされたコウホネ属の絶滅危惧種～見逃されてきた絶滅危惧種とその保全」

8）阿部晴恵:秋田県立大学森林科学セミナー(2010)

「生物間相互作用系を通じた森林回復(三宅島)と遺伝的情報を用いた希少種の保全(高山植物)」

9）屋久島生物多様性保全協議会（陶山佳久）：COP10生物多様性交流フェア（名古屋大学）（2010）「世界自然遺産屋久島における生物多様性保全への取り組み」

10）吉岡あゆみ、兼子伸吾、井鷺裕司、藤井紀行、高宮正之：第74回日本植物学会大会（2010）「マイクロサテライトマーカーを用いた絶滅危惧シダ植物の遺伝的特徴の解明」

11）加藤元海，佐竹暁子：第20回日本数理生物学会札幌大会（2010）「絶滅危惧植物における全個体遺伝子情報と個体群存続解析」

13) K. KATO, S. KANEKO, Y. ISAGI: East Asian Botany, International Symposium, Tsukuba, Japan, (2011)

“Conservation genetics of the endangered perennial herb, Veronicastrum villosulum (Plantaginaceae) analyzing all wild and cultivated individuals utilizing microsatellite markers.”

14) T. SHIGA, M. YOKOGAWA, S. KANEKO and Y. ISAGI: East Asian Botany, International Symposium, Tsukuba, Japan, (2011)

“Assessing genetic and genotypic diversities of Nuphar submersa, a critically endangered macrophyte, and its conservation implications”

15) Y. ISAGI, S. KANEKO, K. KATO, A IZUNO, M. MIZUTANI, T. SHIGA, I. MASUMOTO and K. OHTAKE: 18th International Botanical Congress, Melbourne, Australia, (2011) "Conservation of critically endangered plant species based on information obtained by the ubiquitous genotyping."

16) S. KANEKO, T. ABE, Y. ISAGI: 18th International Botanical Congress, Melbourne, Australia, (2011)

“Conservation of a critically endangered shrub species Stachyurus macrocarpus var. prunifolius (Stachyuraceae) based on the ubiquitous genotyping approach.”

17) K. KATO, S. KANEKO, Y. ISAGI: 18th International Botanical Congress, Melbourne, Australia, (2011)

“Conservation of a critically endangered perennial species, Veronicastrum villosulum (Plantaginaceae) by ubiquitous genotyping.”

18) A. IZUNO, M TAKAMIYA, S. KANEKO, Y. ISAGI, 18th International Botanical Congress, Melbourne, Australia, (2011)

“Conservation of a critically endangered tetraploid fern species Athyrium viridescentipes based on the ubiquitous genotyping approach.”

19）井鷺裕司、兼子伸吾、加藤慶子、水谷未耶、増本育子、大竹邦暁：第58回日本生態学会札幌大会(2011)

「二次的自然下に生育する絶滅危惧植物保全のためのユビキタスジェノタイピング」

20）志賀隆、横川昌史、兼子伸吾、井鷺裕司:第58回日本生態学会札幌大会(2011)「地域固有絶滅危惧種シモツケコウホネを守る:ユビキタスジェノタイピングから見えてきた

22）兼子伸吾、西川恵子、井鷺裕司ほか7名：第58回日本生態学会札幌大会(2011)「全個体ジェノタイピングによる絶滅危惧植物ガシャモクの遺伝的多様性解析」

23）深田ちひろ、小林禧樹、兼子伸吾、井鷺裕司、丑丸敦史：第58回日本生態学会札幌大会(2011)「全個体ジェノタイピングによるハリママムシグサの遺伝的構造」

24）髙宮正之：第58回日本生態学会大会（2011）

「様々な繁殖様式をもつシダ植物におけるユビキタスジェノタイピング」

26）吉岡あゆみ、伊津野彩子、兼子伸吾、井鷺裕司、藤井紀行、高宮正之：第75回日本植物学会大会