研究グループ一覧

古環境変動学・進化古生物学グループ

教授 井龍 康文 古海洋環境変動、サンゴ礁
准教授 浅海 竜司
准教授 鈴木 紀毅 微古生物学、海洋プランクトン
准教授 髙栁 栄子 炭酸塩堆積学,地球化学,古環境学,古生物学
助教 山田 努 同位体地球化学、炭酸塩地球化学、石洵

はじめに

地球の地圏-水圏-生物圏は、長い歳月をかけて、相互に影響を及ぼし合いながら変動・進化してきました。我々は、堆積物や化石から、気候変動・島の地史・生物進化の謎を解読する研究に取り組んでいます。

古環境変動学分野(井龍・浅海・山田・高柳)

テーマ① プロキシをつくる

現代では、人工衛星や観測機器を使って地球の環境変化をリアルタイムで実測できます。しかし、測器が整備され、測器データから環境変化を読み取れるのは過去100年程度なのです。それ以前の地球を知るためには、堆積物・化石から、過去の温度、CO2濃度、海水のpHなどの情報を抽出する必要があります。この抽出作業に用いるのがプロキシ(代替指標)です。我々は、モダンアナログを使って信頼性高く過去の情報を読み取る手法を開発しています。

テーマ② 堆積物・鉱物から地史および環境動態を知る

––– 炭酸塩堆積物から島の地史やサンゴ礁生態系の変遷を編む –––

琉球列島の島々には、古い時代から順に、泥岩(島尻層群)、砂岩(知念層)、サンゴ礁堆積物複合堆積物(琉球層群)が堆積しており、島の履歴や周囲の海洋環境・サンゴ礁生態系の時間変化が地層という形で残されています。我々は、堆積物の年代や、堆積物の岩相・化石相の変化を調べることで、地層に記録された島々の地史や海洋環境変動とサンゴ礁生態系の関係などを読み解いています。


図1 左:うりずん露頭。ここでは、地層の重なり方や地層に含まれる化石による年代に基づいて、琉球列島が泥の海(島尻層群)からサンゴの海(琉球層群)に変化した過程と時期が明らかにされました。
右:崎山の露頭。琉球列島では、約80万年前にサンゴ礁の分布と規模が拡大しました。この露頭で観察されるユニット2の石灰岩は、その拡大を表す重要な証拠です。

––– ドロマイト問題に挑む –––

炭酸塩鉱物の一種にドロマイトという鉱物があります。現在の地球上で、ドロマイトは極限られた特殊な環境下でしか形成されません。ところが、世界中の地表にはドロマイトが多量に分布しており、地質時代に、様々な場所で繰り返し形成されてきたようです。我々は、その謎を解明するため、世界各国より採取したドロマイトの結晶構造や鉱物・化学組成を調べ、ドロマイトが形成された当時の環境や母液の組成を復元しています。

テーマ③ 古環境プロキシから古気候・古海洋環境の変動を読み解く

––– 洞窟堆積物・鍾乳石から読み解く陸域の古環境–––

洞窟を研究対象とする分野を洞窟学といいます。洞窟空間では、多数の古人骨や動物化石、新しい鉱物や生物が見つかっています。近年では、鍾乳石・石筍を用いた古気候研究も盛んです。例えば、琉球列島などのサンゴ礁が広がる島々の多くは石灰岩(昔のサンゴ礁の堆積物)からなり、地下には鍾乳洞が広がっています。鍾乳洞には鍾乳石が過去数万年もの長い時間をかけて成長しています。我々は、鍾乳石の化学成分を連続的に分析することで、過去数万年間の降水量変動や氷期-間氷期の気候変動を復元しています。


図2:鉱物学・古気候学的な目的で行ったある日の洞窟調査。

––– サンゴ・シャコガイから読み解く熱帯〜亜熱帯浅海域の古海洋環境 –––

琉球列島をはじめとする太平洋のサンゴ礁には、シャコガイや直径が数メートルを超える長寿なサンゴがいます。その巨大なサンゴの骨格年輪やシャコガイ殻を解析することで、過去数年〜数百年間の海洋環境(例えば、エルニーニョ現象や産業革命以降の海洋温暖化など)を連続的に明らかすることができます。また、サンゴやシャコガイの化石を調べれば、より古い時代(数千〜数万年前)の海洋環境を知ることができます。


図3:サンゴ礁調査。巨大な塊状ハマサンゴ(Porites)を背景に。

––– 生物化石から読み解く水塊や海洋循環の変化 –––

海は固有の水温や塩分などをもつ水塊の集まりです。様々な環境条件下での水塊の組成・構造の変化や海洋循環の変化を把握することは、気候変動に対する海洋の役割を理解する上で重要です。我々は、海底表層堆積物や海洋底コアに豊富に含まれる生物化石の化学組成から、氷期-間氷期などにおける水塊構造や海洋循環の変化を復元しています。

進化古生物学分野(鈴木)

––– 顕微鏡でみえる化石を使った進化古生物学 –––

ひとつまみの岩石の粉、一滴の水を顕微鏡で見ると、とても美しくて多様な世界が広がります(図4)。そのミクロな世界は1万年違うだけでまったく違う姿を見せます。その多様な世界は微化石という顕微鏡でしか見えない化石となって当時の地球の様子を伝えてくれます。


図4:顕微鏡の下に広がる微化石の世界(転載許可済:科博叢書『微化石』より)

生物の進化の本質は遺伝子の変化の積み重なりが確率的にある日「出現」することです。微化石はわずか数グラムの試料で研究できるため、進化出現の様子を捉えるのに最適です(図5)。その進化する「ある日」は地球環境の激変時期と深い関係があります。


図5:放散虫の進化系統樹を種の単位で復元(転載許可済:科博叢書『微化石』より)

今の海洋で生きている「微化石」のうち、化石記録を連続的、そして最も古い地質時代まで遡ることが出来るのは「放散虫」です。ガラス質の骨格をもつ終生プランクトンの単細胞生物で、5億年間に1万種が確認されています。その1万種が進化出現を調べる研究対象です。

我々は、厳格な分類学を重視しつつ日本付近で見つかるほぼ全ての種の分子系統解析を行い、化石系統分類と完全統合を成し遂げました。化石でしかわからない事、分子系統学と一緒に解析するべき事がはっきりしました。さらに進化系統樹を復元し、進化要因を探っていこうと思います。

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