東京大学産学連携プロポーザル

発酵食品製造過程においては、単一微生物により発酵が行われている例は少なく、多くの場合、複数の微生物が関わり発酵が進行している。しかしながら、後者の場合、発酵過程における微生物叢の変遷が分かっていないことが多く、このことが発酵そのものをブラックボックス化している要因となっており、製造法を改良する際の学問的基礎が供給できない理由ともなっている。私どもの研究室では、「微生物叢解析の基盤技術」をもとに、我が国の食文化の財産ともいえる発酵食品にターゲットを広げ、その製造に関わる微生物叢を明らかにすることを端緒に、製造改良にまで応用的展開を図ることを目的としている。

当研究室では、光と炭酸ガスにより増殖する微細藻類の利用研究を進めている。特に微細緑藻Botryococcus braunii については長い研究歴があり、その新株の分離・培養に長けている。本藻種は乾燥重量の数十％に及ぶ大量の液状炭化水素を生産・蓄積するため、石油代替燃料源の１つとして期待されている。 当研究室では、その炭化水素生合成に関する研究を行っている。また、本藻種は炭化水素に加え、他には例を見ない構造を有するカロテノイド等、ユニークな脂溶性化合物を生産する。

植物栽培にこれまで利用されてきた蛍光灯や高圧ナトリウムランプなどの代替光源として、LEDを利用しようとする試みが近年盛んに行われている。 しかしながら、そのような試みには、導入コストおよび運転コストを度外視しているものが少なくない。 また、関連する試験研究も多いが、LEDとその特性に関する知識と経験だけでなく、植物と植物栽培に関する知識と経験をも兼ね備えた研究者が少ないためか、植物栽培や補光などを目的としたLEDの実用的利用に資するような知見は少ない。 この研究室では、これまで光生物学研究用の高機能なLED光源システムを数種類開発してきている。  

ガソリン代替燃料として，サトウキビやトウモロコシから製造されるエタノールの生産量が拡大してきたが，食料との競合が懸念され，セルロース系のバイオマスを原料とする第二世代バイオエタノールの研究がすすめられている。日本では毎年約900万トン産出される稲わらが原料として期待されている。ところが現在の乾燥稲わらの収集運搬体系は畜産飼料としての利用を前提としており，エタノール原料としてはコストが高すぎる。また，北海道や東北の日本海側には広大な水田地帯があるが，収穫時の天候が不安定で，稲わらを十分に乾燥できない場合がある。そこで当研究室では稲わらを高水分のまま収集・加工し，エタノール原料として長期保存できる方法を研究している。①加熱・圧縮処理では稲わらの持つ水分を利用して水熱反応を生じさせる。②加圧粉砕処理では植繊機という商品名の一軸エクストルーダを用いて，稲わらを処理する。③ペレット化ではペレタイザにより稲わらのペレットを製造する。これらのいずれの方法においても，長期保存が可能であり，高密度化により輸送コストが低減し，酵素糖化の際の糖化率の向上が確認されている。またこれらの処理の際に，水酸化カルシウム等のアルカリを添加することで，より高い糖化率が得られる。

海洋プラスチックごみの大部分は大河川から大雨の時期に集中的に海に流れ出す。東シナ海の大河川から放出されたプラごみは、その後海流によって対馬海峡の狭い領域に空間的、時間的に集約されると考えられるため、集積帯の位置と時間がわかれば効率よくごみを洋上で回収できるはずである。そこで、し、対馬海峡におけるゴミの集積帯を空間的、時間的に特定する。東シナ海周辺国の各河川から放出した粒子のうちどれくらいが対馬や日本海沿岸のビーチに漂着したかを求め、実際のビーチでの調査結果のデータと連立方程式をたて、これを解くことで各河川から出たゴミの量を推定する。この結果から対馬海峡にて漂流プラごみを効率よく洋上回収できれば、日本海沿岸域での漂着プラごみの量を減らすことができ、ビーチの清掃にかかる費用を大きく削減できることになる。

この研究室で開発した深海底サンプル採取システムは、船上からの操作により移動しながらカメラで海底を観察し、目的の地点で試料の採取を行うことができる装置である。船上から吊り下げられるパイロットビークルは4つのスラスターによる航走が可能であり、水深4000ｍまでの海底においてピンポイントで目的とする試料の採取ができる特長を有する。システムは可搬式であり充分な甲板スペースのある船舶に搭載可能で、数トンまでの観測・採取機器が使用できる。

地下の温度構造は、地震・火山活動、地殻変動などの諸現象の解明や、石油・ガス、メタンハイドレート、地熱などの資源開発において、欠かせない情報である。地下深部の温度は直接測定できないため、地表面で観測される熱流量（地下から流出する熱の量）に基づいて推定することが必要である。 この研究室では、主に海域における熱流量測定を行っており、水深7,000mに至る深海底で熱流量を測定する機器や、得られたデータを解析する手法の開発研究を進めてきた。さらに、その測定結果や他の地球物理データを用いて、日本列島などのプレート沈み込み帯の地下温度構造を推定している。  

地球温暖化が進行し、全地球規模の環境劣化が懸念される中、食料となる海洋生物資源 (水産資源) の安定的な確保は極めて重要な課題の一つとなっている。最近の研究によると、海洋生物資源の変動は海水温や海流といった海洋の物理環境の変動と密接に関係することが明らかになっており、海洋物理環境の変動メカニズムの解明と将来予測の実現は、資源管理を適切に行い、漁業の生産性を上げるための喫緊の課題となっている。近年、コンピュータ技術が急速に進展し、人工衛星や自動観測ブイ等の観測機器の発達により、現時点では物理環境のみに限定されるものの、2カ月程度先までの海洋環境を天気予報のようにスーパーコンピュータを用いて予測することが可能である。そして、次のステップとして、プランクトンや魚類も含めた海洋生態系の変動予測の実現に期待が集まっている。この研究室では、海洋生態系の変動機構の解明と将来予測の実現に向けて、人工衛星の海面水温・高度データをシミュレーションモデルに融合した海洋大循環モデルをベースとし、これに食物連鎖や魚類の回遊・生残といった海洋生態系のプロセスを組み込んだ高精度の「3次元海洋データ同化生態系モデル」を世界で初めて開発し、各種の研究課題に取り組んでいる。下記に代表的なものを列挙する。 (1) 全球規模の気候変動が海洋生態系に及ぼす影響の予測 地球温暖化に代表される全球規模の気候変動によって数10年～100年後の海洋生態系がどのように変化し、海洋生物資源の分布や生物量がどのように変化するかといった影響予測の研究を実施している。図1は、モデルで推定した日本周辺海域の植物プランクトンの分布で、人工衛星による観測値を良く再現していることが分かる。 (2)　日本近海の多獲性魚類の資源加入量の変動メカニズムの解明と予測 例えば、日本近海で漁獲されるマアジは主に東シナ海南部で発生していることが知られており、このモデルを適用してマアジの卵・仔稚魚の輸送過程を追跡したところ、仔稚魚の生残は東シナ海域の海流と水温に密接に関係し、近年の資源加入量の変動は、仔稚魚の輸送経路上の水温変動と高い相関関係にあることが分かった。図2は、九州西方沖～日本海で漁獲された当該年生まれのマアジの尾数とモデルによる推定結果の比較である。モデルは年ごとの変動を良く再現していることが分かる。 (3) 有害生物・物質の拡散・輸送予測 このモデルは、近年日本海の定置網漁業等に甚大な被害をもたらしているエチゼンクラゲの発生海域と発生時期の推定、並びに黄海・東シナ海沿岸域から日本沿岸域への来遊予測や流出原油等の有害汚染物質の拡散・輸送予測にも利用されている。

この研究室では、機能性薄膜や界面の開発と分析技術の研究を進めている。これまでに、高速イオンを用いた軽元素（特に水素）のナノメートルレベルの３次元空間分布測定法を開発した。この手法をさらにリチウムなどの元素への展開をはかりつつある。また，レーザー分光を用いた水素の分光法も開発している。  

本研究室では、海洋地球化学研究の一環として、海洋における微量金属元素（鉄・亜鉛・コバルト・銅など）の挙動に関する研究を行っている。海水中の微量元素、特に鉄は、その供給不足が海洋一次生産の制限因子となっている海域が存在する。しかし、その存在が極微量であるため、未知な点が多い。このような海水中の微量金属元素をより簡便に分析する方法の開発に現在取り組んでいる。 海水中の鉄を始めとする極微量金属元素の分析法として、電気化学的手法は有望であり、その改良によって新たな展開が可能になると期待されている。