2001年12月 No.12
シベリアタイガ（カラマツ）林内にそびえる観測用タワー：シベリアタイガにおける水、熱、CO2の動態・収支を解明するため、ロシア・ヤクーツク近郊に立てられた高さ22mのタワー。タワー頂部に、森林と大気間で交換される熱・水・CO2フラックスを測定するための超音波風速温度計とサンプル空気取り込み口を設置してある。取り込まれた空気はタワー下に置いた分析計に送られ。水蒸気・CO2濃度が測定される。この他、放射４成分、風向・風速の測定も実施している。さらに、林内における微気象環境、CO2濃度プロファイルを把握するために6高度に乾湿計と水蒸気・CO2濃度測定用の空気取り込み口を設けてある。これらの設定は、ヤクーツクの春先（４月下旬）から新雪の便りが聞かれる10月中旬頃まで、およそ半年間、24時間休み無く行われる。(小林義和・岩花剛)
低温科学研究所所長 若土正曉
本年４月より、はからずも所長を拝命することになりました。なにしろ力不足は当人が最も自覚しておりますが、皆様のお力添えで何とか任期をまっとうしたい所存でございますので、よろしくご指導の程お願い申し上げます。
さて、最近は「プロジェクト研究」なるものが大はやりであります。これは、研究そのものを考えたとき、よろこばしいことなのでしょうか。「個人研究」というのは、これから厳しい時代を迎えるのでしょうか。かく言う私自身、この４年ばかりの間、戦略的基礎研究プロジェクト「オホーツク海氷の実態と気候システムにおける役割の解明」の研究代表者として、若い人達と一緒になってこのプロジェクトを成功させるべく懸命に取り組んでまいりました。この小生にとっての貴重な体験から、大型プロジェクト、特に、国際研究プロジェクトの推進に何よりも大切なのはチームワークであることを実感しました。
以前、基礎的な研究を行っている人達からよく言われたものです。「多勢の人が集まって研究を進めているのは、外から見るといかにも派手でいいように見えますが、一方で、例えば発見とか謎を解く、という個人としての悦びを味わうことができないのではないでしょうか？」と。地球科学などのグローバル研究には、そもそも観測そのものが大掛かりにならざるをえず、従って、観測データを得るだけでも、多くの人達の協力が必要不可欠です。もちろん、このような「プロジェクト研究」においても、極めて困難な観測が成功したときの震えんばかりの感動を味わうことが少なからずあります。でも、その悦びはプロジェクトに関わった者全員に共有のものである、と基礎研究者に言われそうです。
それでは、「プロジェクト研究」に参加すると、個人としての、個人でしか為しえない成果というものは無いのか、というとそうでもないように思われます。例えば、データ取得後の解析から、今まで知り得なかった現象を見つけ出し、それらひとつひとつの謎を解き明かしていくという作業は、やはり個人でしか為しえないものであるはずです。つまり、個人研究には個人研究でしか味わえない悦びがあるように、プロジェクト研究にもそれでしか味わえない、大きな感動があると思います。
とはいえ、研究の本質はやはり、研究者自らが一人で研究する対象を見つけ、一人でその謎に挑戦し、一人でそれを解いてみせるものでありましょう。これからも「プロジェクト研究」の大きな流れに積極的に立ち向かっていくだけでなく、それと平行して、研究の原点を決して忘れることなく、「個人研究」、「基礎研究」などの、何とも面白く、個性溢れた、ユニークな研究にあくまでこだわる姿勢を今後とも持ち続けていくことが大切だと思います。
田中亮一（低温基礎科学部門）
植物は光合成によって細胞活動に必要なエネルギーを得ている。植物が、葉の形、 向きなどを様々に変えて、より多くの光を吸収しようと（あるいは、光が強すぎると きは、これを避けようと）工夫していることは、植物を育てた経験のある方ならば誰でも気づくことであろう。植物は、目に見える形の変化だけでなく、葉の細胞の中に おいても、様々な工夫を行って吸収する光の量を最適化している。私の研究テーマはこの最適化の仕組みを解明することである。
植物が光合成に用いる光は、主に、クロロフィル、という色素によって吸収される。（クロロフィルは日本語では葉緑素と呼ばれ、文字通り、緑色を呈している。）陸上植物の場合、クロロフィルaおよびクロロフィルbという２種類の分子種が機能している（図１）。この２種類のクロロフィルは、ある特別なタンパク質に結合して、光捕集タンパク質b複合体(Light-harvesting complex, Lhc)と呼ばれる特殊な構造を形成している。
このLhcという複合体の役割は、その名の通り、光の捕集であり、植物が光を集める「アンテナ」として機能している。「アンテナ」で集められた光エネルギーは、中心複合体という別なクロロフィル-タンパク質複合体に受け渡され、中心複合体のさらに中心に存在する特別な２つのクロロフィル分子によって、電子を励起するエネルギーとして使われる。励起された電子の持つエネルギーは、いくつかの過程を経て、最終的には、植物体内のいろいろな反応に使われる。光吸収から始まるこれらの過程の総称が、細胞レベルでみた「光合成」である。
このように、Lhcは、光合成の一番最初の光捕集という役割を担っているので、Lhcの量（アンテナサイズ）を変えることによって、光をたくさん吸収したり、少ししか吸収しなかったり、と光の吸収量を調節することができると予想される。実際に、強い光を浴びて育った植物はアンテナサイズが小さく、弱い光の下で育った植物はアンテナサイズが大きい、という現象は広く観察されている。
多くの光合成研究者は、植物の中でどのような反応が起こってアンテナサイズが大きくなったり、小さくなったりするのだろうか？この仕組みを理解することは、植物の生存戦略を理解する一端になるのではないか、と考えた。ある研究者は、タバコを材料に遺伝子組み替えを行って、Lhcのタンパク質合成のもととなる、mRNAの量を変化させてみた。しかし、Lhc複合体の量や、光合成の効率などに全く変化が見られなかった。
私たちのグループは、大切なのはタンパク質ではなくて、色素の方ではないか、特に、クロロフィルbの方ではないかと考え、（この根拠については紙面の都合で割愛する。）クロロフィルbを合成する酵素(chlorophyllide a oxygenase, CAO)をコードする遺伝子を植物の中から見つけだした。
そして、この酵素の量が多くなる遺伝子組み替え植物を作製し、アンテナサイズが大きくなっていることを確認した（図２）。また、この酵素の合成に必要なmRNAの量が、光の強さに応じて変化していることも明らかになりつつある。
すなわち、私たちは、以下のメカニズムを明らかにした。
植物の育つ光環境が変化すると、
(1) CAOの遺伝子の発現量が変化する。
(2) クロロフィルbの合成量が変化する。
(3) アンテナサイズが変化する。
最終的に、植物は新しい光環境に適応する。
今後の課題は、「アンテナサイズの変化は植物にとってどんな意味があるか」という点を解明することである。なにやら、「卵が先か、鶏が先か」という類の話に見えるかもしれないが、実は、植物は光環境に適応するために、複数のメカニズムを同時に用いており、アンテナサイズの変化が、その他のメカニズムと比べてどの程度重要なのか、そして、そのほかのメカニズムとどのように協調して働くか、ということは全くわかっていない。私たちは、CAOの遺伝子を発見したことによって、遺伝子組み替え技術によるアンテナサイズの生理学的解析を可能にした。今後、少しずつ植物の光環境への適応メカニズムの全体像が明らかにしていきたいと考えている。
図１ クロロフィルaとクロロフィルbの化学構造式
矢印で示したメチル基とフォルミル基のみが両者の違いである。
図２ 突然変異や遺伝子組み替えによってアンテナサイズの変化した植物
串田圭司（寒冷圏総合科学部門）
どこからか声が聞こえてきます。背中に固い感触を感じつつ、少しずつおぼろげながら現実を捉えようと意識が戻り始めます。薄暗い澄んだ空気を感じ始めます。そう、自分は今シベリアのタイガの中の小屋にいるのだ。「ご・はん」、ああ、あの声はプローシャだ。ところでなぜ自分はここにいるのだろう……。このあたりはどこへ行ってもタイガだけど、どこまで続いているのだろうか。それより、今日の仕事のことを考えなければ。まてよ、今日の仕事の意味はなんだったかな。確か、北方林は土壌中に多くの炭素を蓄積していて、地上と地下の合計だと熱帯林を上回る炭素蓄積量を持つと言われていたな。そういえば、プロジェクトリーダの低温研の福田正己教授やほかの研究者の方々の話を聞いて自分の研究計画をまとめたことがあったな。ちょっと思い出してみよう…。
北方林の中でも特に広がりを持つ東シベリアタイガ帯は、降水量が２００〜３００ミリと少なく、連続的に永久凍土が広がります。永久凍土が少ない降水の地下への浸透を妨げることにより、タイガの成長を支え、タイガが直達光を遮ることにより、永久凍土の融解を妨げるという、タイガと永久凍土はいわば擬似的「共生関係」にありますが、この地帯を特徴づける現象である森林火災は、火災の規模（地表火、樹冠火の区別）や起こった場所などといった状況によっては、この「共生関係」を壊してしまいます。地球規模の温暖化の進行は、森林火災の発生件数、規模を増大することが指摘されていて、温暖化に伴う加速度的なタイガの破壊という恐怖を打ち消してしまうことはできません。このような背景で、リモートセンシングによる広域での森林火災モニタリングによる現状把握と、それに基づく早急な対策が求められています。森林火災のモニタリングは、その発生件数、焼失面積といったマクロな把握から、火災の規模、燃えた樹種、回復状況といったミクロな把握まで求められています。また、森林動態、炭素収支把握といった意味からも、リモートセンシングによる把握とその根拠の提示が求められています。
「気候変動枠組条約」の締約国会議(COP)でも示された通り、「炭素の吸収源としての森林の扱い」に対する科学的理解は、政策決定のために重要であるので、各国が信頼性のある森林の炭素収支把握アルゴリズムの開発を試みています。リモートセンシングはマクロな視点でフィールド観測を補うという特性がありますが、光の情報によって、現象をとらえるという側面を見ると、ミクロからマクロまで相補的に現象をとらえ、葉一枚の分光特性といったミクロな視点からも、消失面積把握といったマクロな把握に確固たる根拠を与えなければならないと考えています。
森林の形状は複雑なので、現象を抽象化、単純化して本質をとらえようとする方法論のみでは、リモートセンシングによる把握に確固たる根拠を与えることは難しいと思います。地球全体の森林の反射スペクトルを２，３のパラメータで記述できても、誤差項もしくは攪乱項に相当する部分の説明ができず、実際上それが森林の判別にとって重要であることも考えられるからです。また経験的にリモートセンシングデータと実用上必要な炭素蓄積量など森林の量との対応をつかむためには、リモートセンシングデータが大陸やさらには地球規模のデータまでを扱うことを考えると、膨大なデータの集積が必要になってきます。こうした２つの方法論をつなぐためには、物理的な原理に基づいて現象を忠実にとらえることが必要だと思います。すなわち反射スペクトルと樹木の形状および葉、幹、林床植生個々のスペクトルとの関係を物理的に説明しなければならないのです。それにより、抽象化、単純化の過程で無視されてきた量の評価や、実用上必要な量を物理的な量に置き換えて、把握可能性を探ることができると思っています。
こうした考えのもとで、研究を進めています。東シベリアタイガについて、空中写真、衛星写真、樹形のモデル、フィールド調査などによる実際の３次元構造とフィールド調査で得る個葉、幹、土壌などの群集を構成する単位のスペクトルを用いて、放射伝達数値シミュレーションを行い、群集の方向性分光反射特性から樹種の構成、バイオマス、アルベド、個葉スペクトル、土壌表面の状態といった群集要素を推定する方法の提案を試みています。１９９９年１２月に打ち上げられたTerraには９つの観測角を持つセンサーMISRや３６の波長帯を持つセンサーMODISなど、これまでにない強力なセンサーが搭載されているので、フィールドでこういった研究をする意味もより大きくなったのですね。
はっっ。朝ごはんだ。こんなこと考えている場合じゃないぞ。それより今日の仕事は大丈夫かな。着替えて食堂に向かうと、朝ごはん前の仕事を終えて軽くジョークを飛ばしているJST研究員の小林義和さんはじめ気力みなぎるメンバーたちがいました。あーまた出遅れてしまった…。
原 登志彦（寒冷陸域科学部門）
平成１３年１２月４日（火）−５日（水）
北海道大学・低温科学研究所 新棟３階 講堂
北海道大学・低温科学研究所は、２００１年度より５年計画で研究プロジェクト「寒冷陸域における大気—植生—雪氷相互作用の解明」を推進しています。研究対象域は、オホーツク海を取り巻く、北海道、華北、東シベリア、そしてカムチャツカです（北半球で最も低緯度に位置する季節海氷域であるオホーツク海は、１９９６−２０００年度の低温科学研究所COE 研究プロジェクトで詳しく研究されました）。これらの地域を対象に野外調査・観測、実験およびモデリングを行い、大気—植生—雪氷相互作用のプロセスとメカニズムを解明し、地球規模の環境変化がこれらの地域の気候システムおよび生態系に及ぼす影響の解明を目指しています。本研究プロジェクトには、以下の４つの分野が含まれており、それらの有機的な共同研究を行うことにより学際的な研究プロジェクトを目指しています。
（１）植生動態（生態、生理）
（２）陸面過程、エネルギー・水・物質循環
（３）過去の気候変動と植生変動
（４）気候—植生相互作用系の理論モデリング
講演のプログラムは以下の通りです。
ILTS: The Institute of Low Temperature Science, Hokkaido University, Japan
*: includes the ILTS Research Project plan
09:00-09:15 Hara, Toshihiko (ILTS): Atmosphere-biosphere-cryosphere interactions in the cold terrestrial regions - an opening address
09:15-09:45 Yokozawa, Masayuki (National Institute of Agro-Environmental
Sciences, Japan): A multi-layered integrated numerical model of surface
physics - growing plants interaction
09:45-10:25 Chase, Thomas N. (Department of Geography, University of
Colorado, USA): Surface controls on atmospheric circulations with
implications for global and regional climates
10:25-10:40 Coffee Break
10:40-11:10 Fujiyoshi, Yasushi (ILTS): *Cloud-radiation and vegetation
11:10-11:50 Kane, Douglas (Water and Environmental Research Center,
Institute of Northern Engineering, University of Alaska, Fairbanks,
USA): The partitioning of surface water into runoff and
evapotranspiration
11:50-13:30 Lunch
13:30-14:00 Ohta, Takeshi (Graduate School of Bioagricultural Sciences,
Nagoya University, Japan): Understanding water-energy-CO2 cycles in
forests under different climate conditions
14:00-14:30 Fukushima, Yoshihiro (Research Institute for Humanity and
Nature, Japan): Strategic importance of heat/ water/ CO2 fluxes of cold
Siberian Region
14:30-15:00 Kodama, Yuji (ILTS): Studies on the basic processes of
hydrologic cycle in snowy regions in Hokkaido
15:00-15:30 Ohata, Tetsuo (ILTS): *Cryosphere-vegetation interaction
related to climate formation
15:30-15:45 Coffee Break
15:45-16:15 Kajimoto, Takuya (Tohoku Research Center, Forestry and
Forest Products Research Institute, Japan): Ecological features of
Siberian larch forest: carbon budgets, tree growth and permafrost soil
environments
16:15-16:45 Minagawa, Jun (ILTS): Photosynthesis in winter: How do
plants protect themselves from high light stress?
16:45-17:15 Sumida, Akihioro (ILTS): *Energy, water and plants: a
perspective of intensive studies in Hokkaido by the vegetation team
18:00-20:00 Banquet at Enreisou (Faculty House of Hokkaido University)
09:00-09:40 Vaganov, Eugene (V.N. Sukachev Institute of Forest, Russian
Academy of Sciences, Russia): Dendroclimatic study in Siberia: new
results and perspectives
09:40-10:10 Fujii, Yoshiyuki (National Institute of Polar Research,
Japan): NAO and AO signals recorded in Greenland and Svalbard ice
cores
10:10-10:30 Coffee Break
10:30-11:00 Fukuda, Masami (ILTS): *Reconstruction of past forest
disturbance related to Alas formation in East Siberian permafrost
regions
11:00-11:30 Shiraiwa, Takayuki (ILTS): *Decadal and interdecadal
climate changes over Circum-Okhotsk region, reconstructed by ice core
analysis
11:30-13:00 Lunch
13:00-13:15 Hara, Toshihiko (ILTS): Overview of the ILTS Research
Project
13:15-14:55 General Discussion
14:55-15:00 Hara, Toshihiko (ILTS): Closing Remarks
共同研究採択課題は，「平成13年度共同研究採択課題」を御覧ください。
| 日付 | 内容 | 氏名 | 職名（旧職） |
|---|---|---|---|
| 13. 3. 1 | 採用 | 皆川 純 | 低温基礎科学部門助教授 |
| 13. 3.16 | 採用 | デイヴィス，アンドリュー | 外国人研究員・客員助教授 |
| 13. 3.30 | 任期満了 | 大塚 眞弓 | （臨時用務員） |
| 13. 3.31 | 停年 | 小林 大二 | （寒冷陸域科学部門教授） |
| 13. 3.31 | 停年 | 丹野 皓三 | （寒冷圏総合科学部門講師） |
| 13. 3.31 | 定年 | 山内 正市 | （事務長） |
| 13. 3.31 | 辞職 | 竹内 謙介 | （寒冷海洋圏科学部門教授） |
| 13. 3.31 | 任期満了 | 的場 澄人 | （非常勤研究員） |
| 13. 3.31 | 任期満了 | 大西 敦 | （非常勤研究員） |
| 13. 3.31 | 任期満了 | 郭 振海 | （非常勤研究員） |
| 13. 3.31 | 任期満了 | 松田 佳江 | （研究支援推進員） |
| 13. 3.31 | 任期満了 | 長尾 学 | （研究支援推進員） |
| 13. 4. 1 | 転出 | 横田 隆義 | 第一契約課専門職員（会計掛長） |
| 13. 4. 1 | 転出 | 三浦 征則 | 経理課収入掛主任（会計掛主任） |
| 13. 4. 1 | 転出 | 神野さおり | 理学研究科・理学部生物化学専攻事務室事務官（第一研究協力室事務官） |
| 13. 4. 1 | 転入 | 歸山 博 | 事務長（農学部附属農場事務長） |
| 13. 4. 1 | 転入 | 佐藤 邦男 | 会計掛長（水産科学研究科・水産学部経理掛長） |
| 13. 4. 1 | 転入 | 中田 繁雄 | 専門職員（学務部厚生課専門職員） |
| 13. 4. 1 | 転入 | 阿部千夏子 | 第一研究協力室事務官（医学部附属病院医事課収入掛事務官） |
| 13. 4. 1 | 採用 | 勝又 勝郎 | 非常勤研究員 |
| 13. 4. 1 | 採用 | 山里 明弘 | 非常勤研究員 |
| 13. 4. 1 | 採用 | 上之 和人 | 非常勤研究員 |
| 13. 4. 1 | 採用 | 佐藤 晶子 | 研究支援推進員 |
| 13. 4. 1 | 採用 | 森谷 恵 | 研究支援推進員 |
| 13. 4. 1 | 採用 | 佐藤佳代子 | 臨時用務員 |
| 13. 4.16 | 採用 | 小林 剛 | 非常勤研究員 |
| 13. 4.30 | 任期満了 | ラシュケ，エールハルト | （外国人研究員・客員教授） |
| 13. 5.15 | 採用 | マハジャン，プネット | 外国人研究員・客員助教授 |
| 13. 6. 4 | 採用 | シコス，ギョルギイ | 外国人研究員・客員助教授 |
| 13. 6.30 | 辞職 | 鈴木準一郎 | （寒冷陸域科学部門助手） |
| 13. 7. 1 | 昇任 | 柏原 麻美 | 会計掛主任（会計掛事務官） |
| 13. 8.14 | 任期満了 | マハジャン，プネット | （外国人研究員・客員助教授） |
| 13. 8.27 | 採用 | クロモーバ，タチアナ | 外国人研究員・客員助教授 |
| 13. 9. 3 | 採用 | 張 文霞 | 外国人研究員・客員助教授 |
| 13. 9.30 | 任期満了 | 山本 孝造 | （研究支援推進員） |
| 13.10.10 | 採用 | 田中夕美子 | 研究支援推進員 |
| 13.10.19 | 採用 | グラジーリン，グレブ | 寒冷陸域科学部門教授 |
| 13.10.29 | 休職 | 松本 慎一 | 技術専門職員 |
| 13.11.26 | 任期満了 | クロモーバ，タチアナ | （外国人研究員・客員助教授） |