image: <p>The chemical DMSP is released when phytoplankton are consumed by zooplankton such as krill. </p> <p>DMSP is decomposed into DMS and released into the water and air. </p> <p>The concentration of DMS is higher in dense zooplankton areas. There appears to be no correlation between fish biomass and DMS. </p> <p>When marine predators, such as whales, move toward higher concentrations of DMS, they can reach higher densities of food (zooplankton). </p> view more
Credit: Professor Kei Toda
熊本大学の研究者らが、海洋の海水や大気に含まれる磯の香りの成分であるDMSの濃度勾配をたどると、動物プランクトンの在処に到達できることを共同研究で実証しました。これまで、クジラなどの大型海洋捕食者がどのように餌を探して巨大な身体を維持しているかなどの生態はほとんど知られていませんでした。様々な海洋生物と誘因化学物質との関連に関する研究の幕開けになることが期待されます。
クジラの餌の多くはオキアミに代表される動物プランクトン（摂食浮遊生物）です。このような小さな生き物をエネルギー源とし巨大な体を維持するには，大量の餌を摂取する必要があります。そのためには効率的に餌の在処に到達しなければならず，クジラなどの巨大な海洋生物はどのようにして餌場にたどり着くのかまだよく分かっていません。
オキアミは，珪藻や渦鞭毛藻（うずべんもうそう）などの植物プランクトンを餌として繁殖します。植物プランクトンは，海水の浸透圧に対応するため水溶性の化合物を生成して体内に保持しています。その代表的な化合物が，ジメチルスルフォニオプロピオネート（dimethylsulfoniopropionate: DMSP）と呼ばれる化学物質です。DMSPは，硫黄元素を含み，かつアミノ酸のように分子内にプラスとマイナス双方の電荷を持つ，いわゆる「双性イオン」化合物です。このような化合物は，海水の浸透圧に対応する役割を持っており，塩濃度の高い海洋で生存するための必須な機能を持ちます。DMSPはバクテリアなどによって分解され，ジメチルスルフィド（dimethyl sulfide: DMS）となります。DMSは磯の香りの成分であり，海産物に恵まれた日本人にはなじみの深い匂いを持ちます。小魚やエビなどの海洋生物がDMSの匂いをもとに餌を探しているのではないか，ということが以前から言われていましたが，その関係については明らかになっていませんでした。一方，クジラが餌とする動物プランクトンが植物プランクトンを捕食する際，植物プランクトンに蓄えられていたDMSPやDMSが海水に放出され，その結果動物プランクトンの密集域ではDMS濃度が局所的に高くなっていることが推定されますが，このような事象の調査はこれまで行われていませんでした。
本調査において，海水に含まれるDMS，ならびに大気に存在するDMSを調べるため，双方を連続的に自動分析する装置を新たに開発しました。本装置は熊本大学が開発し，三菱ケミカルアナリテック（2020年度より日東精工アナリテックに改名）が機器として形にしました。本装置については，2019年8月に米国化学会の論文にまとめています。本装置を用いて，2019年6月に，米国ウッズホール海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution: WHOI）とともにクジラが回遊するCape Cod沖（マサチューセッツ州）でDMSやDMSPの濃度分布の調査を行いました。化学物質の測定は熊本大学の戸田と佐伯が，動物プランクトンや魚の群れの観測はニューヨーク州立ストーニーブルック大学が担当しました。船の手配やクジラの観察，全体のとりまとめはWHOIが行いました。本調査では，DMSとともにクジラの餌となる動物プランクトンを同時に計測し，その関係を調べました。また海域をジグザグに走行しながら計測を行い，二次元的な平面分布を調査しました。
調査の結果，ローカルに限られた小面積の海域でもDMSやDMSPの濃度に分布のあることが証明されました。また，海水や大気に含まれるDMSの濃度は動物プランクトンの密度と正の相関があることが判明しました。動物プランクトンの捕食活動により，植物プランクトンの化学物質が海水に放出され，周囲よりも高濃度になっていることが考えられます。これに対し，魚の群れとDMS濃度の間に関連は見られませんでした。もしクジラがDMSの濃度勾配を検知することができ，DMSの濃い方へと移動すれば，やがて餌（動物プランクトン）の密集域に到達できることが，実測結果に基づいたシミュレーションによって得られました。
化学物質の測定研究を主導した戸田敬教授は次のようにコメントしています。
今後は同様の調査研究をさらに発展させていきます。DMSの濃度分布とともにクジラの行動も併せて追跡し，クジラの移動軌跡とDMSの濃度勾配から，この誘引化学物質の作用をより具体的に明らかにしていきます。また，DMS以外の誘引化学物質についても探っていくとともに，クジラだけでなく，海鳥やペンギンなどの海洋生物の行動と化学物質との関連について，南極などでの調査研究を進めていきます（すでに2020年2月に第1回を南極で実施）。様々な動物の捕食や繁殖，集団行動と化学物質の関連を追及する課題は多く，今後の展開が期待されます。
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本研究成果は、「Communications Biology」に令和3年2月1日 （日本時間） に掲載されました。
Source:
K. Owen, K. Saeki, J. D. Warren, A. Bocconcelli, D. N. Wiley, S.-I. Ohira, A. Bombosch, K. Toda, and D. P. Zitterbart, �Natural dimethyl sulfide gradients would lead marine predators to higher prey biomass,� Communications Biology, vol. 4, no. 149, Feb. 2021.
Journal
Communications Biology