カテゴリー: 研究ハイライト

松本 哲也（岡山大学 環境生命科学研究科 森林生態学分野 博士前期課程）

芦生研究林周辺はニホンジカによる食害がひどく、ほとんどの草本は食べ尽くされています。しかし、一部の有毒植物は、シカに食べられないことと、周りの競争相手が軒並み食べ尽くされたことから、繁栄を極めています。果たして有毒植物のひとり勝ちはこれからも続くのでしょうか。

この疑問に答えるべく、芦生研究林で増加している有毒植物アシウテンナンショウの調査を行いました。野田畑谷に自生する計1095個体の位置、性表現（未開花、オス、メス）、個体サイズを調べたところ、約96％が未開花、残りの約4％がオス、メスは0個体でした。また、これらがどのように分布しているのかを解析した結果、オスと未開花個体がかたまって生育していることがわかりました。

テンナンショウの仲間は雌雄異株（人間と同じくオスとメスの区別がある）で、興味深いことに一生の間に性を可逆的に転換させることが知られています。テンナンショウの性転換は、イモ（球茎）の大きさに左右され、イモの大きさは環境の良し悪しに影響を受けます。つまり、環境が良いとイモが肥えてメスになり、環境が悪いとイモが痩せてオス、もしくは花を着けなくなります。

野田畑谷のアシウテンナンショウは、環境が悪いためメスになれず、種子による繁殖ができない状態に陥っているかもしれません。くわえて、アシウテンナンショウは子イモによって盛んに増えるため、オスの周りに群生していた未開花個体はオスのクローンである可能性があります。

アシウテンナンショウがこのような状態に置かれている理由としては、シカの踏みつけによる土壌の圧縮、植物が激減したことによる土壌養分の流亡といった環境悪化が考えられます。このまま、種子ではなく子イモによる繁殖が続けば、クローンばかりの個体群になり、急な環境の変化や病虫害が発生した際に大打撃を被る可能性があります。今後、食害強度の異なる複数箇所で個体群構造を比較することで、この現象が本当にシカ害によるものか見極める必要があります。

2016年3月4日

山根　京子、山口　博志（岐阜大学応用生物科学部）

芦生地区では毎年4月10日に「山葵祭り」が開催されます。ワサビといえば静岡県や長野県などの有名な産地を想像される方も多いかもしれません。

京都府南丹市に位置するこの地では山岳信仰の神事として山葵祭りが開催されてきました。文書による記録が乏しいため、祭りが始まった正確な年代はわかりませんが、日本民俗学の租・柳田國男の著書である『山村生活の研究』（1937）のなかで、「知井村の熊野様は舊（旧）三月十五日に山葵祭とて頭家が山葵と酒一升を供へる祭儀を行うが、それ迄は山葵を一切食べてはならず、食べると罰が当たると信じている」と紹介されています。山葵祭りは冬季の熊狩りの安全を祈願してワサビ断ちをした後のワサビ採集の解禁日とされ、祭りでは芦生の自生ワサビが食されてきました。

ところが最近、この山葵祭りで供えられるワサビが、芦生地区で深刻化するシカによる食害により劇的に数を減らし、かわりに栽培ワサビが祭りで用いられていることがわかったのです。

そこで我々は、文化的植物資源としてのワサビの復興と山葵祭りの持続的な開催を目指し、芦生地区におけるワサビの自生状況を調査することにしました。

その結果、調査された芦生地区７地点のうち、2地点でのみ芦生の自生ワサビが存在することがわかりました。シカも近寄ることができないほどの険しい崖にしがみつくように生育するワサビも、DNA分析により栽培ワサビの逃げ出し個体である可能性が高いことが判明するなど、早急に自生ワサビを保全する必要があることがわかりました。

そこで、芦生地区の集落に近いX谷（保全のため仮名称とする）を優先ワサビ保全地区と定め、ワサビの自生状況やフロラ調査を行いました。

X谷にわずかに残された４個体の自生ワサビはDNA分析の結果、全て芦生自生タイプであることがわかりました。さらにこの谷はシカの食害が著しい芦生地区において、植物の多様性が維持されている貴重な場所であることも明らかとなったのです。

X谷のワサビ個体増殖と周辺植物の保全を目的として、2016年3月、京都大学農学研究科の高柳敦先生と芦生地区の方々のご協力のもと、シカ柵を設置しました。今後はその効果をモニタリングしながら自生ワサビの増殖をはかり、文化的植物資源である自生ワサビの持続的な利用に向けた取り組みを検討したいと考えています。

2016年6月15日

山崎 理正（京都大学農学研究科）

近年、日本各地でミズナラやコナラなどブナ科樹木が集団的に枯死するナラ枯れの被害が問題になっています。京都府では最初北部で発生した被害が徐々に南下し、芦生研究林では2002年に初めてミズナラで被害が確認されました。ナラ枯れの被害は、体長5mmの甲虫、カシノナガキクイムシが病原菌を木から木へと運搬することで発生します。被害を軽減するためにはこのキクイムシの生態を詳しく知る必要がありますが、飛翔距離や移動分散パターンなど、その飛翔生態は謎に包まれています。

そこで、一集水域内の10年間のナラ枯れ被害拡大様式を解析し、カシノナガキクイムシの移動分散パターンを推定してみました。

調査にはモンドリ谷のミズナラを利用しました。固定調査プロットとして設定されているモンドリ谷では、1992年より5年毎の毎木調査が実施されています。16haの調査プロット内に生育していた304本のミズナラを2004年以降毎年見て回り、前年のカシノナガキクイムシの穿孔被害状況を確認しました。そして、前年の被害木からどれくらいの距離にどれだけのカシノナガキクイムシが飛んでいるか、キクイムシの仮想分散カーネルを100種類準備し、被害発生を予測するのにどのパターンが最も適しているかを調べました。

モンドリ谷では2004年に初めてナラ枯れの被害が確認され（図1）、304本生育していたミズナラは2013年末には185本にまで減少しました。100種類準備した分散カーネルのうち、被害発生を予測する際に最も説明力が高かったのは、直近には飛ばず300mくらい離れたところにピークがあるようなパターン（図2）でした。この分散カーネルに基づいてモンドリ谷全域でどの場所にどれくらいの確率でカシノナガキクイムシが飛んでくるか（移動分散確率）を計算させたところ、高い移動分散確率が推定されたエリアで多くの被害木が発生していました（図3; Yamasaki et al. in press）。

近くにもミズナラがあるのに何故それらを避けて少し遠くのミズナラを寄主木として選ぶのか、このような移動分散パターンはどのような飛翔行動に起因するのかなど、まだまだ謎は尽きません。また、今回の調査プロット内ではミズナラ同士の最大距離は573mで、これ以上の長距離分散については推定することができなかったのですが、実際にはもっと遠くまで飛翔しているカシノナガキクイムシもいると思われます。

現在は室内実験で飛翔距離を推定したり、飛翔前後の行動の変化を調べたりすることで、カシノナガキクイムシの飛翔生態と寄主木選択様式をより明らかにしようとしています。

2016年5月27日

発表論文

Yamasaki M, Kaneko T, Takayanagi A, Ando M (in press) Analysis of oak tree mortality to predict ambrosia beetle Platypus quercivorus movement. Forest Science doi: 10.5849/forsci.15-121

森　哲(京都大学理学研究科)

芦生研究林とその周辺に生息するヘビ類の基本的な生活史を明らかにするために、1982年から調査を継続しています。

推定20歳以上のシマヘビ

2017年の今年は、始めてから35年になりますが、標識再捕獲法や直接観察法によって生態や行動を調べることにより、ヘビ類の様々なことがわかってきました。

芦生研究林には8種のヘビが生息し、これまでに合計で1200個体を超えるヘビを捕獲、標識しました。標識個体数の多い順に述べると、ヤマカガシ、シマヘビ、アオダイショウ、ジムグリ、マムシ、ヒバカリ、シロマダラ、タカチホヘビになります。しかし、シマヘビはヤマカガシよりもずっと長生きするため、同じ個体が何年間にもわたって何度も捕獲されるので、実際に出会った延べ個体数はシマヘビの方がヤマカガシよりずっと多くなります。

ちなみに芦生研究林に棲むシマヘビでは20年以上生きている個体がいることがわかりました。また、調査は主に日中に行っているため、夜行性のシロマダラやタカチホヘビは、実際にはもっと個体数が多いと予想されます。

捕獲したヘビは、強制嘔吐法という手法により殺さずに胃内容物を確認することができます。その結果、ヤマカガシはカエル類を専食していること、
シマヘビはカエル類が主食であるものの、小型哺乳類やトカゲ、ときには他種のヘビを食べていることなどがわかりました。また、アオダイショウは恒温動物である哺乳類と鳥類を主食としており、ときにはイタチやモモンガも食べていることがわかりました。

ヤマカガシでは興味深い採餌習性もわかってきました。本種はカエル専食であるため、皮膚に強い毒を持っているヒキガエルでさえも好んで食べます。しかも、ヒキガエルの皮膚毒を取り込んで、頸部背面の皮膚の下にある頸腺という特殊な器官に蓄え、自分自身の防御に再利用しています。生まれたての仔ヘビはまだ餌を何も食べていないので、普通であれば頸腺に毒はありません。ところが、妊娠しているメスのヤマカガシは、ヒキガエルを食べることによりお腹の中にある卵へ毒をまわし、生まれたときから毒を頸腺に蓄えている仔ヘビを生めるのです。そこで、芦生研究林に生息するヤマカガシの成体に電波発信器を装着して、その採餌行動を調べたところ、妊娠しているメスはより積極的にヒキガエルを採餌しようとしていることがわかりました。すなわち、妊娠している母親ヤマカガシは、生まれてくる自分の仔ヘビがすぐに毒を持って身を守れるように、ヒキガエルを食べることに専念しているのです。

現在では、もろもろの事情により調査頻度はかつてほど高くありませんが、細々と長期調査を継続しています。ここ数年、ヤマカガシなどのヘビ類や、餌となる一部のカエル類の数はめっきり減ってきたような印象を受けます。これからも、豊富なヘビ類が生存していける自然環境が残されていくことを願いつつ、調査を続けています。

2017年4月6日

伊勢　武史（京都大学フィールド科学教育研究センター）

ＷＥＢナショジオ連載【森で想う環境のこと・人のこと（外部リンク）】
連載期間　2014年12月18日～2015年11月9日　全12回（現在は連載を終了しております。）

中浜　直之（京都大学農学研究科）

academist journal掲載コラム　 
絶滅の危機にある希少種がなぜか大量発生！生態系に改変をもたらす動物とは（外部リンク）

京都大学生存圏研究所
梅澤俊明

私たちは植物が産生する生理活性成分の１つであるリグナンという化合物群の生合成について研究しています。リグナンの１種であるポドフィロトキシンは抗腫瘍性活性を示す化合物であり、臨床的に抗がん剤として利用されています。しかし、ポドフィロトキシン産生植物は希少であるため、将来的には同化合物の生合成を解明し、微生物などによって安定的に大量生産させることが期待されています。それゆえ、近年では、ポドフィロトキシンの生合成経路についての研究が盛んに行われており、同生合成経路に関与する生合成酵素遺伝子も多く見出されましたが、未だ完全な解明には至っていません。

芦生研究林内における由良川の川原に自生しているセリ科植物のシャクは、ポドフィロトキシン生合成経路を有していることから、私たちはこれまでシャクを用いて同生合成経路解明に向け研究に取り組んできました（Sakakibara et al., 2003; Ragamustari et al., 2013, 2014）。近年、一度に膨大な遺伝子情報を得ることが可能な次世代シーケンサーという分析機器を使用し、様々なシャクのサンプルから遺伝子情報を取得しました。そして、これら遺伝子情報とポドフィロトキシン生合成に関連するその他のデータとの相関解析を行うことによって、数十万という遺伝子群からポドフィロトキシン生合成遺伝子を絞り込み、標的とする遺伝子を同定することに成功しました（Kumatani et al., 2016, 2017）。しかし、未だに同生合成経路には見出せていない遺伝子も存在することから、現在それら遺伝子の取得を試みています。

掲載論文及び学会発表
Sakakibara et al. (2003) Org. Biomol. Chem. 1: 2474-2485
Ragamustari et al. (2013) Plant Biotechnol. 30: 375-384
Ragamustari et al. (2014) Plant Biotechnol. 31: 257-267
熊谷ら（2016）第34回日本植物細胞分子生物学会（上田大会）
熊谷ら（2017）第67回日本木材学会（福岡大会）

2018年1月17日

京都大学東南アジア地域研究研究所※１
中川光

概要

京都大学フィールド科学教育研究センターの中川 光特定助教とその共同研究者らは、魚の体表や糞などと共に水中に放出されたDNA (環境DNA) を分析する新技術を用いることで、これまでに何年もかけて採集や目視観察によって確認されてきた琵琶湖周辺地域の河川の魚類の86.4%を、たった一人の調査者による10日間のサンプリングで検出することに成功しました。
水中に漂う環境DNAを用いた生物の生息確認技術は、従来多大な労力と費用をかけて行われていたモニタリングの手間を劇的に軽減させうるものとして、近年注目が集まっています。中でも、次世代シーケンサーという機械を用いて行うDNAメタバーコーディングという方法では、多種の生物分類群を一度に調べることができます。本研究では、魚類の環境DNAを対象としたメタバーコーディング法について、これまで検証が行われていなかった河川での適用可能性を検討しました。
日本で最も河川魚類の種多様性が高く、分布がよく調べられている地域の一つである琵琶湖周辺地域において、2014年8月から10月に、10日間かけて、51河川102地点で水サンプルを採集し、河川水に含まれる環境DNAから生息魚種の推定を行いました。結果の妥当性は、採集や目視観察といった従来の調査方法から得られた複数の文献データに含まれる、1700地点以上の魚類の分布記録との比較によって精査しました。その結果、環境DNAから、文献から予想された44種のうちの38種とこれまで報告がなかった2種の合計40種の魚類のDNAを検出できました。この結果は、これまで多大な労力を要した、網羅的な継続モニタリングや、外来種の侵入状況といった速報性の要求される情報の収集における本手法の有効性を示しています。
本研究は、2018年2月28日に米国の科学誌「Freshwater Biology」にオンライン掲載されます。

１．背景

地球上には、様々な生物が森や川、海など多様な生態系を形成しています。こうした多様な生態系は、水や食料の供給や災害の防止、さらには地域の自然とともに発展してきた文化の基盤となるなど、人が生活する上でなくてはならないものです。こうした”生物多様性の恵み”を国全体として将来に残していくため、2008年に「生物多様性基本法」が制定され、その成立を受けて2010年には「生物多様性国家戦略2010」が閣議決定されました。この施策を推進する基盤となる技術の一つが生物多様性のモニタリングです。ところが、海や川や湖沼で魚の多様性をモニタリングするには、潜水観察や漁具による採捕など、大きな労力と費用をかけた長期間の調査が必要でした。さらに、魚の種類を同定するためには、専門的な知識と経験が必要でした。
魚を含む水生生物の体表の粘液や糞に含まれるDNAが、池や湖、川などの水中をただよっていることが最近になって明らかになり、「環境DNA」と呼ばれて注目を集めています。環境DNAを調べることで、水中にどのような生き物が棲んでいるのかを知ることができます。環境DNAは種に関係なく、全ての魚から放出されるため、環境中のDNAをまとめて分析して生物の種類を判定する「環境DNAメタバーコーディング」という技術をつかって、水中にいる多様な魚の種を一度に特定できるようになりました。この技術は、生物多様性のモニタリングにかかる費用と労力を劇的に小さくする可能性を秘めていますが、こうした新技術を現場での応用に繋げるためには従来の方法と比較した性能の検証が必須です。
研究グループではこれまで沖縄美ら海水族館の大型水槽や、舞鶴湾の魚類を対象に環境DNAメタバーコーディング技術の性能検証を行い、非常に高い精度で魚類の多様性を検出できることを示してきました。一方これまで河川での適用例はなく、検証が必要でした。そこで、日本で最も河川魚類の種多様性が高い地域の一つである琵琶湖周辺において、従来の観察に基づく文献による魚類分布データと環境DNAによる検出データの比較を行い、魚類環境DNAメタバーコーディング技術の有効性について検討しました。

２．研究手法・成果

2014年8月から10月に、10日間かけて、琵琶湖周辺（滋賀県全域と京都府、福井県、岐阜県、三重県の一部、約4,000 km²）の51河川102地点を車で回って水サンプルを採集し、河川水に含まれる環境DNAから生息魚種の推定を行いました。さらに、環境DNA手法との比較対象として、滋賀県立琵琶湖博物館が中心となって5年間かけて収集した1700地点以上におよぶ魚類の採集記録などの文献データを取りまとめ、地理情報システム（GIS）を用いた解析を行いました。
河川は、湖沼や海洋などと大きく異なり、上流から下流に常に水が流れているという特徴があります。そのため、環境DNAで検出された魚類の種組成のパターンは、各調査地点から6km上流までの範囲に存在する文献の記録と比較した時にもっともよく対応しました。そのデータの比較において、調査地点周辺で過去に報告されていた44種のうちの38種と、調査地周辺ではこれまで報告がなかった2種の合計40種の魚類のDNAが検出されました。これらのうちいくつかの魚種では文献情報による記録よりも多くの地点で環境DNAの検出があり、特に大きな川の深いところを好む種など、網などによる捕獲が難しい種では、環境DNAによる調査の有効性が高いことが示唆されました。さらに、近縁な魚種間（カジカとウツセミカジカ）での川の上流下流といった大きなスケールでの生息場所の違いなど、これまで知られていた個々の種の生態や種間の関係の理解に役立つような知見と一致する傾向を検出することもできました。これらの結果は、今回検討した魚類環境DNAメタバーコーディングの技術が、河川の生物多様性モニタリングにおいても費用対効果において非常に有用なツールとなりうることを示しています。

３．波及効果、今後の予定

本研究では、魚類の生息の有無について魚類環境DNAメタバーコーディングが河川でのモニタリングにおいても有用なツールであることを示しました。一方で、魚がそれぞれの地点にどのくらいたくさんいるのかといった量的な情報については、十分な検証はできていません。環境DNAによる魚類の生息量の推定は、現在いくつかの研究グループが取り組んでいる重要課題の１つです。
現在、環境DNAメタバーコーディングは魚類のみならず、様々な分類群（昆虫やエビ・カニなど）で試行・開発が進んでいます。この技術の確立は、労力や専門知識がネックとなって進んでいなかった、様々な生物から成り立つ生態系全体を俯瞰するような生物多様性のモニタリングや日本全国や世界中で同時に行う超広域モニタリング、生き物の移動や増減を1日または数時間単位で観測する高頻度モニタリングも可能になるかもしれません。さらに、今年の春には一般社団法人「環境DNA学会」の発足も予定されています。この学会での研究者間の情報交換や相互協力を介して、現場レベルでの簡便かつ確実性の高いモニタリング手法が構築されることで、企業や行政が行うアセスメントや環境保全活動を行う非営利団体などに利用が広がることが期待されます。一方で、この技術は希少種や絶滅危惧種の発見も容易にするため、それらの密猟や水産有用種の過剰捕獲にもつながる可能性があります。こうした技術の悪用に繋げないためにも、この技術を念頭に置いた法令的な対応も今後の課題と言えます。

４．研究プロジェクトについて

JST CREST (no. JPMJCR13A2)
科研費 (no. 14444453)
笹川科学研究助成 (no. 26-443)

＜論文タイトルと著者＞

タイトル：Comparing local- and regional-scale estimations of the diversity of stream fish using eDNA metabarcoding and conventional observation methods
著者：中川 光¹・山本 哲史²・佐藤 行人³・佐土 哲也⁴・源 利文⁵・宮 正樹^6
1京都大学フィールド科学教育研究センター
²京都大学大学院理学研究科
³琉球大学大学院医学研究科
⁴千葉県立中央博物館
⁵神戸大学大学院人間発達環境学研究科
掲載誌：Freshwater Biology

＜お問い合わせ先＞

中川光・東南アジア地域研究研究所・特定助教
E-mail:hikarunakagawa@icloud.com

2018年3月1日

※１　執筆時、京都大学フィールド科学教育研究センターに所属