植物プランクトン動態に及ぼす地球温暖化効果： 基礎的実験研究

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1 植物プランクトン動態に及ぼす地球温暖化効果： 基礎的実験研究

2 背景説明Ⅰ：プランクトン増殖率と水温

3 背景説明Ⅱ：ユーグレナ 和名 ミドリムシ 中国名 美眼虫
一細胞が一個体 幅　約10ミクロン　 　　　　　（１ミリの百分の一） 背景説明Ⅱ：ユーグレナ 和名　　ミドリムシ　中国名　美眼虫

4 ユーグレナ運動（すじりもじり運動） 緑： 葉緑体 オレンジ：眼点 ひげ： 鞭毛
　ユーグレナ運動（すじりもじり運動） 緑： 葉緑体 オレンジ：眼点 ひげ： 鞭毛 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

5 課題 ユーグレナの増殖率に及ぼす水温と光強度の影響
方法 水温：　　17~31℃各種 光源：　　白色蛍光灯 光強度： 真光層の最上層～最下層（約1％）~ さらにその下層（約0.1％） ユーグレナが増殖できる領域をアカで示しました。太線が実測で、細線が推測です。 真光層を優に超える領域で増殖できることが分かります。 この意味でユーグレナは、好日的でも好陰的でもあるオポチュニストといえます このスライド：約20秒 ここまで5分弱

6 培養している様子

7 増殖の記録 経過時間 縦軸は１ｃｃ当りの細胞数を対数表示 横軸は培養の経過時間
指数成長（ネズミ算的に増加）しているとき、このグラフでは直線となる 一本の直線が個々の培養を表す 直線の傾きは増殖率を表す 経過時間

8 増殖率の光強度依存性 水温によって違うのか？
真光層の最下層 室内

9 増殖率の水温依存性 光強度によって違うのか？
←光の強さ ←可塑性指数

10 結論 ①増殖率の光強度依存性の基本パターンはどの水温でも同じ ②増殖率は弱光を除き２５ﾟCで最適となる ③増殖率の水温依存性は弱光ほど弱い
　　下層へ分布するほど温暖化の影響は弱い 　　上層へ分布するほど温暖化の影響は強い

11 以上、 学長裁量経費による 研究成果の報告でした
以上、 学長裁量経費による 研究成果の報告でした 本課題の意義、学問的背景、ユーグレナを用いた理由など多くを説明省略したこと、お詫び申し上げます

12 おまけ（お詫びのしるし） 先ほどの結論： ③増殖率の水温依存性は弱光ほど弱い 下層へ分布するほど温暖化の影響は弱い
　　下層へ分布するほど温暖化の影響は弱い 　　上層へ分布するほど温暖化の影響は強い ⇒では、ユーグレナはどこに分布するのか？ 　　ユーグレナには空間定位能力がある 　　重力走性、化学走性、光走性、光驚動など

13 進化的利益は増殖率μを最高にする強光域で得られる 一方、定説ではユーグレナは極端な弱光域（図の青線）へ定位する ⇒大いなるパラドックス
増殖率最高域 真光層 負の光走性 室内 光走性のセットポイント（ＳＰ）：光走性の正負が逆転する光強度 正の光走性

14 突然だったので、 最初は強光にびっくりしたけれど、、、
本当は好きかも？ 17時間後

15 原始生物ユーグレナが示す 「ためらい」行動 or 二歩前進一歩後退

16 42時間の振舞い（43秒に圧縮したタイムラプス動画） (約1時間の振舞いを1秒の動画で表す)
42時間の振舞い（43秒に圧縮したタイムラプス動画） (約1時間の振舞いを1秒の動画で表す)

17 大きく後退したら、 二歩前進、一歩後退しながら最前線へ
（全般的傾向）びっくりして最初は逃げるが、前進しながら 光走性セットポイント（ＳＰ）を増して、増殖率をあげる 二歩前進一歩後退を繰り返しながら、徐々に 　光走性セットポイント（ＳＰ）を増加させる メカニズムは全くの未知 正の光走性 負の光走性

18 細胞は成長してから分裂する 仮説1 光傾度 成長期＝光合成による細胞成分の倍加⇒ＤＮＡ複製 成長期 時間の流れ 分裂期 成長期 分裂期
ＳＰの減少により後退 成長期 ＳＰの増大により前進 光傾度

19 強光順応➜光走性ＳＰの直線的増加 +自発的リズム（強光暴露・分裂サイクル独立性）
強光順応➜光走性ＳＰの直線的増加 +自発的リズム（強光暴露・分裂サイクル独立性）　 仮説2 強光順応➜ＳＰの直線的増加 時間の流れ ＳＰ減少相 ＳＰ増加相 光傾度

20 「挑戦」行動 仮説3 光傾度 ①強光によるＳＰ増加には感応期と不応期がある ②感応期：ＳＰを増加させつつ前進
③不応期：ＳＰを超える暴走（慣性の法則）と、 　　　　　　　負の光走性による後退 「挑戦」的前進： 　　急には止まれない？（overshoot） 　　暫定SP（＞確定SP）への前進？ 　　　　　　　　　　　　　　（正の光走性） 負の光走性 挑戦 ＳＰ２獲得 ＳＰ２ 負の光走性 訓練目標値 時間の流れ 挑戦 ＳＰ１獲得 （暫定ＳＰ１） ＳＰ１ 光傾度

21

22 集団的振舞いとしての光定位 Ⅱ 80-min behavior in 32-s movie (2.5 min per 1 s; x150)
60 120 400 400 1500 120 400 60 120

23 Halogen lamp (4700K) 45-h behavior in 27-s movie (1
Halogen lamp (4700K) 45-h behavior in 27-s movie (1.7 h per 1 s; x 6000) 2000 300 2 微弱光領域を設定してみた（画面下側50 mm を黒画用紙で被覆）

24 集団的振舞いとしての光定位 Ⅰ 45-h behavior in 112-s movie (12 min per 1 s; x 720)

25 ± sign of phototaxis Hӓder (1987)’s conclusion based on (Diehn 1973a, b; Colombetti et al. 1982; Hӓder et al. 1981): ± sign of phototaxis changes at ~1.4 W m-2 (≈ 6 µmol m-2 s-1 ≈ 450 lx) 光応答運動については一世紀近くの研究史があり、文献を調べてみた。 光走性について、先行研究を総括してHaderは、正の光走性と負の光走性はだいたい・・・で別れるとした。 正の光走性 負の光走性 以下、本口演で、光強度単位を「まいくろ」と略称する

26 背景説明Ⅰ：プランクトン増殖率と水温・光強度
地球生態系の純一次生産力 　陸上植物全体と植物プランクトン全体で互角 植物プランクトンの増殖率を決めるもの 　①生物種固有の特性 　②物理的環境要因 　　　　養分、水温、光強度（明るさなど） 環境変化が起きると変わるもの 　①水圏生態系の純一次生産力 　②水圏生態系の植物プランクトン組成 　③　①+②⇒食物網の中身

27 反射的応答：単一（同系統）の処理回路 ためらい、迷いは知的応答を示唆する 　　　原始的なユーグレナ（単一細胞）内に 　　　対立的な処理回路と 　　　どちらを優先させるか決める計算回路 　　　　　To be or not to be, that is the problem ただし、優柔不断に何もしない、ということはない