海水中のＤＮＡ情報で魚群の居場所と規模を明らかに

ポイント

• 魚などの生息分布の把握には、これまで多くの時間や費用がかかっていた。
• わずか１リットルの海水でＤＮＡを分析する環境ＤＮＡ分析手法を発展させ、ＤＮＡの量を測定することで、その海域における魚の分布を定量的に明らかにする技術を開発し、舞鶴湾のどこにどれだけのマアジが生息しているかを明らかにした。
• 簡便で低コストなため、長期的な観測手法として有望である。魚類の資源量分布の観測や年ごと、季節ごとの変動の把握などへの応用が期待される。

＜研究の背景と経緯＞

海域における生物種の分布を把握するには、網などによる捕獲調査や魚群探知機による計測調査などが行われてきました。しかし、捕獲調査には時間や費用がかかることに加え、魚群探知機などの計測では生物種の決定が難しく、専門的な知識が必要でした。そのため、これまでの海洋資源調査は、限られた海域や特に有用な魚種のみに限定されています。そこで調査時に低コストで誰でも簡単に行うことのできる観測方法を開発する必要がありました。

環境ＤＮＡ解析に必要な現場調査は、わずか１リットルの水を汲むだけなので、特別な専門技術を必要とせず誰でも簡単に、素早く調査することができます。また短時間で多数の地点を調査することができるため、捕獲調査など従来の方法に比べて効率的な調査が可能となります。本研究チームではこれまでにも、環境ＤＮＡを用いて、生物種がいるかどうかを明らかにできることを報告してきました。環境ＤＮＡの量がそのＤＮＡの由来となった生物の生息数に応じて増加することは実験的に知られていました。しかし、環境ＤＮＡ量と生物の数との関係は、実験的に用意された水槽や小さな池、河川の短い区間など、比較的小さな水の流れが単純な水域でしか検証されていませんでした。今回対象とした海洋などの広い水域では、魚から放出された環境ＤＮＡは広い範囲に分散してしまう可能性があるため、水槽などで得られた知見がそのまま適用できるかどうかはわかりませんでした。従って、環境ＤＮＡ解析法を海洋資源の把握に利用するためには、海洋において環境ＤＮＡ量が生物量と相関するかどうかを明らかにする必要がありました。

＜研究の内容＞

神戸大学を中心とした６つの研究機関が共同し、環境ＤＮＡ解析法とリアルタイムＰＣＲ法^注３）による環境ＤＮＡ定量と、魚群探知機による定量的な分布調査の組み合わせによって、広い水域において特定の魚種の分布が把握できることを世界で初めて明らかにしました。

本研究では、海洋のような広い水域において環境ＤＮＡ解析により採水地点周辺の魚群規模を推定できるか、できるとすれば採水地点からどれくらいの範囲の魚群を観測できるかを明らかにするため、環境ＤＮＡ計測と魚群探知機による調査を同時に行いました。また、魚種の区別が困難という魚群探知機の欠点を補うため単一の魚種が優占する海域で調査を行いました。

京都府北部の日本海に面する舞鶴湾では、毎年６月ごろに回遊によって湾内にやってくるマアジが増加し、他の魚種の数倍から数百倍の生物量となることが知られています。そこで、２０１４年６月に舞鶴湾の４７のポイントにおいて表層と底層からそれぞれ１リットルの海水を汲みとり、そこに含まれるマアジの環境ＤＮＡ量をリアルタイムＰＣＲ法によって測定しました。魚群探知機によって測定した採水地点周辺のマアジの生物量と比較したところ、マアジの環境ＤＮＡ濃度は採水地点から数１０～１５０メートル以内のマアジの生物量を最もよく反映していることが明らかになりました。このことから、海洋においても環境ＤＮＡは観測対象種の生物量を反映していることが裏付けられ、環境ＤＮＡ解析法によって魚群の分布やその規模を定量的に明らかにできることがわかりました。ただし、漁港付近では水揚げされたマアジに由来すると考えられる環境ＤＮＡも検出され、環境ＤＮＡの放出源が生きているマアジだけではないことも示唆されました。

環境ＤＮＡ解析法に必要な水サンプルはわずか１リットルであり、現場での調査手順は極めて簡便です。今回調査した舞鶴湾西湾の面積は１１平方キロメートルとおおよそ東京ドームの２３５倍の規模であり、網による捕獲や潜水による目視調査では数日必要な範囲を、本研究ではわずか６時間で調査を終えることができました。つまり、環境ＤＮＡ解析法は、広い範囲における魚類資源の分布をスナップショット写真のように記録することができ、これまで把握できなかった短時間の分布の変化を把握することも可能であることが示唆されました。また魚群探知機とは異なり、環境ＤＮＡ解析法は特定の生物種に限定した調査も可能であり、海洋のような広い水域でも特定の生物の量や分布を推定することができます。

＜今後の展開＞

本手法は、世界で最も利用されている資源計測機器である魚群探知機と同様に広範囲を短時間で調査できます。しかも、作業が簡便で専門技術が不要なことから調査を長期にわたって継続し易いという利点があります。このことから、本手法は海洋水産資源の量や分布、その時間的変動の調査効率を飛躍的に向上させることが期待されます。

現時点では、本研究で示した生物量推定の方法は１種ずつ個別に解析する必要があります。しかし同研究チームは、環境ＤＮＡ分析によってその海域に生息する魚種をまとめて検出する手法の開発にも既に成功しており（ＪＳＴプレスリリース）、その技術と組み合わせることで、多数の魚種の分布や量をまとめて明らかにすることができるかもしれません。

＜参考図＞

＜用語解説＞

注１） 魚群探知機

水中に音波ビームを発射し魚体からの反射量を測定することによって魚がいる水深や生物量を計測する装置。

注２） 環境ＤＮＡ

水や空気、土壌などのサンプル中に含まれるＤＮＡのこと。水サンプルの場合には魚類をはじめとした水生生物のＤＮＡが含まれることが知られている。魚類の環境ＤＮＡは排泄物や粘液、表皮などの細胞が水中に剥がれ落ちたものだと考えられている。

注３） リアルタイムＰＣＲ法

特定のＤＮＡ断片のみを増幅するＰＣＲ法の一種である。増幅する過程をリアルタイムにモニターすることによって、特定のＤＮＡの量を測定することができる。

＜論文情報＞

“Environmental DNA as a ‘Snapshot’ of Fish Distribution: A Case Study of Japanese Jack Mackerel in Maizuru Bay, Sea of Japan”
（環境ＤＮＡ解析は迅速な魚類分布調査を可能とする：舞鶴湾におけるマアジの事例）
doi ：10.1371/journal.pone.0149786 山本 哲史（神戸大学）、南 憲吏（北海道大学）、深谷 肇一（統計数理研究所）、高橋 宏司（京都大学）、澤田 英樹（京都大学）、村上 弘章（京都大学）、辻 冴月（龍谷大学）、橋爪 裕宜（神戸大学）、久保長 晶（北海道大学）、堀内 智矢（京都大学）、本郷 真理（龍谷大学）、西田 穣（龍谷大学）、奥川 雄太（龍谷大学）、藤原 綾香（神戸大学）、福田 向芳（神戸大学）、日高 瞬介（神戸大学）、鈴木 啓太（京都大学）、宮 正樹（千葉県立中央博物館）、荒木 仁志（北海道大学）、山中 裕樹（龍谷大学）、丸山 敦（龍谷大学）、宮下 和士（北海道大学）、益田 玲爾（京都大学）、源 利文（神戸大学）、近藤 倫生（龍谷大学）

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