The Palaeontological Society of Japan
化石 87，5-21，2010
分子化石による過去の湧水活動の復元 ―更新統小柴層と大船層の例―
坪井美里 *・中村栄子 **・間嶋隆一 **・北里 洋 ***・菅 寿美 ***・力石嘉人 ***・加藤和浩 ****・
和田秀樹 ****・大河内直彦 ***・佐藤蓉子 *・浜名徳明 *
* 横浜国立大学環境情報学府・** 横浜国立大学教育人間科学部・*** 海洋研究開発機構海洋・極限環境生物圏領域・**** 静岡大学理学部地 球科学科
Reconstruction of ancient cold-seep activities based on biomarkers ‒A case study of Lower Pleistocene Ofuna and Koshiba Formation, central Japan‒
Misato Tsuboi*, Eiko Nakamura**, Ryuichi Majima**, Hiroshi Kitazato***, Hisami Suga***, Yoshito Chikaraishi***, Kazuhiro Kato***, Hideki Wada****, Naohiko Ohkouchi**, Yoko Sato*
and Noriaki Hamana*
*Graduate School of Environment and Information Sciences, Yokohama National University, Yokohama 240-8501 (corresponding author:
[email protected]); **Department of Human and Educational Sciences, Yokohama National University, Yokohama 240-8501, *** Institute of Biogeosciences, Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, Yokosuka 237-0061, ****Department of Geosciences, Shizuoka University, Shizuoka 422-8529
Abstract. We analyzed lipid biomarkers related to AOM (anaerobic oxidation of methane) that happened in the early Pleistocene (1.7‒1.4 Ma) cold-seep site, northern part of Miura Peninsula, Pacifi c side of central Japan.
Nineteen samples are obtained from a bedding-normal, 107 m-long core consisting of the Koshiba (sandy mudstone and muddy sandstone, above 23 m in core depth) and the Ofuna (mudstone, below 23 m) Formations. In this core, both the chemoautotrophic bivalves ( , , ) and 13C-depleted authigenic carbonates (aragonite, MG-calcite, dolomite) occur abundantly. Four important results of this study are summarized as follows .
1) Both archaeal and sulfate reducing bacterial (SRB) biomarkers are recovered in all samples and their ether linkages are well preserved even in 1.7‒1.4 Ma sediments.
2) High activities of AOM are inferred in 7.1‒7.6 m and 14.6 m in core depths where both archaeal and SRB- biomarkers are distinctly concentrated and greatly depleted in 13C (δ13C less than −100 ‰ vs. PDB). Those activities happened probably when marine bottoms were in 6.5‒7 m and 13‒13.5 m, respectively, where chemoautotrophic bivalves occur abundantly.
3) Two samples obtained from the same horizon 14.6 m show an apparent diff erence in biomarker compositions.
This diff erence may be attributed to a diff erent micro habitats for microbes.
4) The occurrences of biomarkers derived from planktonic archaea are inferred from their δ13C values and relative abundance of 4 kinds of biphytanes. Planktonic archaeal biomarkers are probably recovered from all samples and their concentration rates may be useful as an index of sedimentation rate.
Key words: biomarker, cold seep, Pleistocene, AOM (Anaerobic Oxidation of Methane), archaea, sulfate reducing bacteria, central Japan
はじめに
プレート収束域の海底には，湧水現象がしばしばみら れる．こうした場所では，湧水中に溶存しているメタン や硫化水素を一次エネルギーとする化学合成細菌が著し く多量に生息し（ Sibuet and Olu, 1998; Boetius , 2000; Orphan , 2001aなど），これらの化学合成細菌 と共生するシロウリガイ類やハオリムシ類などの特徴的 な従属栄養生物からなる化学合成群集と呼ばれる生態系 が成立する（Paull , 1984; Kulm , 1986; 太田ほ
か , 1987 ）．湧水に依存する日本近海の化学合成群集は，
初島沖（ Okutani and Egawa, 1985; 太田ほか , 1987 ）で 初めて発見されて以来，駿河湾（ Okutani , 1993 ），
南海トラフ，日本海溝（ Ohta and Laubier, 1987 ）など 多くの場所で確認され（Kojima, 2002），地質時代の群集 も日本列島から多数報告されている（Majima , 2005）．
地質時代の化学合成群集の認定には，1 ）化学合成細 菌と共生すると推定される大型無脊椎動物化石の高密度 での自生的産出，2 ）著しく低い炭素安定同位体比をも つ自生炭酸塩コンクリーションの存在，そして 3 ）著し
く低い炭素安定同位体比をもつ古細菌バイオマーカーの 存在などが必要である．神奈川県横浜市栄区にある「瀬 上市民の森」にはツキガイ類，ハナシガイ類，キヌタレ ガイ類などの大型二枚貝化石密集層が下部更新統小柴層 の陸棚堆積相（水深100〜200 m：舘・間嶋, 1998）を示 す露頭から密集して産出する（間嶋ほか , 1996; 舘・間 嶋, 1998; Kitazaki and Majima, 2003; Majima , 2005）．
間嶋ほか（ 1996 ）と舘・間嶋（ 1998 ）は，これらの二 枚貝は，その現生種が化学合成細菌と共生すること，自 生状態で著しく密集し，狭い範囲にレンズ状に産出する こと，共産する自生炭酸塩の炭素安定同位対比が13C に 著しく枯渇した値を示すことを明らかにし，この化石群 集がメタン湧水に依存した化学合成群集であると結論し た．また，Kitazaki and Majima（ 2003 ）は，この地域で 採取された 4 本のボーリングコア中の化学合成二枚貝化 石と自生炭酸塩の地表面下での分布を明らかにし，メタ ン湧水が強弱を繰り返しながら，狭い範囲に断続的に起 こっていたと推定した．一方，荻原（ 2005a ）は化学合 成群集を産出する「瀬上市民の森」の露頭から得た堆積 物を分析し，古細菌に由来するバイオマーカーを多数検 出した．
本研究は，「瀬上市民の森」の化学合成群集の露頭周辺 に新たに掘削した 107 m のボーリングコア（コア E ）か ら，層序的に連続した試料中のバイオマーカーを分析す ることにより，過去の海底湧水場に特徴的な微生物相の 垂直分布の復元を行うことを目的とする．なお，本研究
で解析したコア E の岩相，自生炭酸塩，および産出する 貝化石の記載は別の論文で詳細に行う予定である．
嫌気的メタン酸化帯を特徴付けるバイオマーカー
海底下における嫌気環境下では，生物的あるいは無生 物的にメタンが生成する．前者は古細菌に分類されるメ タン生成菌（古賀 ･ 亀倉 , 1998 ）などによる二酸化炭素 還元と酢酸発酵に，後者は有機物の熱分解によっている．
生成されたメタンは間伱水に溶存または気体として拡散 したり，断層などの堆積物中の弱線を流れる流体ととも に移流し，海底面方向へ移動していく．メタンが硫酸イ オンと共存する深度では，以下の式で表される嫌気的メ タン酸化（Anaerobic Oxidation of Methane；AOM ）が 起きる（例えば，Boetius , 2001 など）．
CH4＋ SO4
2 − → HCO3
−＋ HS−＋ H2O
この反応が起こっている深度を嫌気的メタン酸化帯
（ AOM 帯）と呼ぶ（図 1 ）．以下，嫌気的メタン酸化は AOM と略して表記する．
AOMは，古細菌である嫌気的メタン酸化菌（ANaerobic MEthanotrophs；以下 ANME ）と真生細菌である硫酸還 元菌の 2 種類の微生物によって「触媒」される二つの反 応の和である．これらの微生物はコンソーシアムを形成 することが知られている（Boetius , 2000）．Hinrichs ۯൢႎἳἑὅᣠ҄ ίAOMὸ ࠘
Anaerobic Oxidation of Methane zone ẅẅẅẅẅẅ
ᣠᢩ҄Ψؾမ Redox boudary
ؚᆢཋ-൦ؾမ Sediment-Water
Interface
→
→
→
CH4 + SO42ὼ → HCO3ὼ + HSὼ + H2O
ຜࡇ Concentration for O2, SO42-, CH4
ขẰ Depth
SO42-
CH4
O2 ڤൢؾ
aerobic condition
ۯൢؾ anaerobic condition
図 1 ．嫌気的メタン酸化帯の概念図．
Fig. 1. Schematic diagram of anaerobic oxidation of methane zone.
（ 1999 ）は，カリフォルニア沖の冷湧水堆積物の 16 S r R N A 系 統 解 析 の 結 果 ， メ タ ン 生 成 菌 で あ る Methanosarcinales目に近縁のANME-1と，Methanosarcinales 目に属する ANME-2 の二つの ANME グループを見出し た．それまで AOM は，メタン生成菌がメタンの多い環 境下でメタン生成と逆の代謝を行うことで起きていると 考えられていた．しかし，この報告により AOM を行う 微生物は，メタン生成菌とは別のグループであることが 明らかにされた．その後の研究によって，ANME-1 と ANME-2 はその系統的な隔たりだけではなく，硫酸還元 菌と形成するコンソーシアムの形状や，生息環境にも差 があることが分ってきた（Orphan , 2002; Blumenberg
, 2004; Elvert , 2005 ）．例えば，ANME-1 は，
ANME-2 よりも低いメタン濃度環境で，また広い温度範 囲で生息できると推定されている（ Blumenberg , 2004; Elvert , 2005）．また，ANME-1はANME-2よ りも堆積物深部に生息することが分かっており，ANME-1 の方がより嫌気的な環境に生息していると考えられてい る（ Knittel , 2005 ）．
AOMは，海底下から地球表層環境へもたらされるメタ ンの約 90 ％を消費していると推定され（森井・古賀 , 1998 ），二酸化炭素に比較して短期的には約 60 倍，長期 的には約 20 倍の温室効果（ Kennett , 2003 ）を持つ 大気中のメタン濃度を抑制する重要な反応であることが 知られている（Reeburgh , 1993）．AOMの結果，炭 酸水素イオン（HCO3
−）が生成されるため間伱水中のア ルカリ度が上昇し，炭酸塩が沈殿する．この炭酸塩を構 成する炭素は，その大部分がメタン由来であるため，メ タンに特徴的な13C に乏しい炭素安定同位体比，すなわ ちδ値の低い炭素安定同位体比を示す．
なお，メタンを酸化するプロセスとして，AOM以外に も好気的メタン酸化があるが，関与する微生物は真正細 菌である（古賀・亀倉 , 1998 ）．
ANME が合成する膜脂質
ANME は，古細菌に属し（ Woese and Fox, 1977 ），古 細菌にはメタン生成菌，好熱菌，好塩菌など，特殊な生 物地球化学プロセスを触媒するものが多く含まれている
（古賀・亀倉 , 1998 ）．
古細菌の細胞膜脂質の構造は，真正細菌や真核生物の 細胞膜脂質と以下の 3 点において異なる（ Langworthy
, 1982, 1985; DeRosa , 1988, 1991; Woese , 1990; Koga , 1998 ）．1 ）グリセロール（図 2 の a ） と炭化水素鎖の結合はエーテル結合（図 2 の b ）であり，
真正細菌や真核生物で一般的であるエステル結合は存在 しない．2 ）炭化水素鎖はイソプレノイド炭化水素（図 2 の g‒n ）である．3 ）炭化水素鎖はグリセロールの -2 ，
-3 位に結合する（図 2 の a：西原・古賀 , 1998 ）．個々 の特徴にはいくつかの例外が見出されているものの，こ
れら三つの特徴を全て持つジエーテル脂質（図 2 の a‒d ） は，現時点で古細菌以外からは見出されていない．また，
一部の古細菌はジエーテル脂質が二分子向き合って結合 したテトラエーテル脂質（図 2 の e ，f ）を合成する．こ れらのテトラエーテル脂質も古細菌だけに見られる脂質 である（ Koga , 1993 ）．古細菌が合成するジエーテ ル脂質とテトラエーテル脂質の多くは，微生物の死後，
堆積物中で続成作用により分解されて，イソプレノイド 炭化水素（図 2 の g‒n ）として存在していると考えられ る．
メタン生成菌によって生成されたメタンの炭素安定同 位体比は，生物学的な同位体分別により非常に低い値
（− 110 〜− 40 ‰）を示す（ Schoell, 1988 ）．ANME はメ タン由来の炭素を生合成に用いることから，その細胞膜 脂質は炭素安定同位体比によって他の古細菌由来の膜脂 質と区別することが可能である．
ANME-1 は -2- ヒドロキシアーキオル（図 2 の b ）よ りもアーキオル（図2のa）を，ANME-2はアーキオルよ り -2-ヒドロキシアーキオルを多く合成し（Blumenberg
, 2004 ），クロセタン（図 2 の g ）は ANME-2 だけが 合成する（ Niemann and Elvert, 2008 ）など合成する脂 質が両者で異なる（ Niemann and Elvert, 2008 ）．また，
テトラエーテル脂質はANME-1と一部のANME-2が合成 するが，基本的にはANME-1の指標とされている（Niemann and Elvert, 2008 ）．
硫酸還元菌が合成する膜脂質
ジエーテル脂質やテトラエーテル脂質は，古細菌に特 有のバイオマーカーとしてこれまで広く利用されてきた．
しかし最近になり，一部の原始的な真正細菌もエーテル 結 合 を 持 つ 脂 質 を 合 成 す る こ と が 報 告 さ れ て い る
（ Langwarthy , 1983; Sturt , 2004; Huber , 1992, 1996; Sinninghe Damsté , 2005）．真正細菌が 合成するジエーテル脂質は非イソプレノイド型ジエーテ ル脂質（以下 DAGE：Non-isoprenoidal DiAlkyl Glycerol diEther）と呼ばれ，直鎖の炭素鎖がグリセロールの -1，
-2 位にエーテル結合しているという特徴を持つ（図 2 の o‒s ）．DAGE は多くの現世冷湧水環境から古細菌のバ イオマーカーと共に見つかっている（ Sinninghe Damsté
, 2000; Jahnke , 2001）．DAGEは，その炭素安 定同位体比が非常に低いことからメタン由来の炭素を用 いて合成されたと考えられている．しかしDAGEはANME のバイオマーカーより炭素安定同位体比が 10 〜 40 ‰ほ ど高い値をとる場合がある（Pancost , 2001a）こと，
炭化水素鎖がイソプレノイド型ではないこと，古細菌の エーテル脂質とは異なった特徴を持つことなどから，
ANME とは異なった生物が合成したと考えないと説明が つかない．ANME を除くと，AOM 帯でメタン由来の炭 素を用いて生合成すると考えられるのは，ANME とコン
ソーシアムを形成する硫酸還元菌だけである．ANME と コンソーシアムを形成する硫酸還元菌は，蛍光標識をし た微生物の顕微鏡観察によって /
グループであることが分かっている（Boetius , 2000;
Orphan , 2001b）．これらのことからDAGEは，AOM
に関わる硫酸還元菌である /
グループ由来の脂質だと推定されている（例えば，Hinrichs
, 2000; Pancost , 2001a ）．しかし，DAGE が培 養実験で見出されたのは好熱菌だけであり（Blumenberg
, 2004 ），硫酸還元菌 / グ ループからは今のところ見出されていない（ Boetius
, 2001）．以上の問題はあるが，DAGEは / グループ由来の脂質という推定に基づいて 以下の議論を進める．
↓ἂἼἍἿὊἽ ίGlycerolὸ ↓ỺὊἘἽኽӳ ίEther linkageὸ
●ỶἏἩἾἠỶἛ໗҄൦እẅίIsoprenoidal hydrocarbonὸ ἁἿἍἑὅẅίCrocetaneὸ
●ỶἏἩἾἠỶἛἊỺὊἘἽᏢឋẅίIsoprenoidal dialkyl glycerol dietherὸ
㻻 㻻 㻻㻴
㻻 㻻 㻻㻴㻻㻴
アーキオル（Archaeolὸ sn-2-ἤἛἿỿἉỴὊỿỼἽẅίsn-2-Hydroxyarchaeolὸ
●ἘἚἻỺὊἘἽᏢឋ ẅ(Glycerol dialkyl glycerol tetraetherὸ
ἥἧỵἑὅ0R (Biphytane 0R) 㻻
㻻 㻻㻴 㼄 㻻 㼅 㻴㻻 㻻
㻻 㻻
㻻㻴 㼄 㻻 㼅 㻻
㻴㻻 ᵶᵊᵷᵛᴾk), l), m), n)
ཞỴὊỿỼἽ1RίMacrocyclic archaeol 1Rὸ 㻻
㻻 㻻㻴
㻻 㻻 㻻㻴
a) b)
c) d)
e) f)
g) h)
n)
o) p)
r)
s) q)
㻻㻴 㻻㻴
㻻㻴 㻻㻴
㻻㻴 㻻 㻻
㻻 㻻
㻻 㻻 㻻
㻻
㻻 㻻
DAGE Ⅰ DAGE Ⅱ
DAGE Ⅲ
DAGE Ⅴ
DAGE Ⅳ
i) j)
k) l)
m)
sn-1 sn-2 sn-3
●᩼ỶἏἩἾἠỶἛἊỺὊἘἽᏢឋẅίNon-isoprenoidal dialkyl glycerol diether:DAGE )
ཞỴὊỿỼἽ2R ίMacrocyclic archaeol 2Rὸ
ἥἧỵἑὅ1R (Biphytane 1R)
ἥἧỵἑὅ2R (Biphytane 2R) ἥἧỵἑὅ3R (Biphytane 3R) PMIẅ
ἧỵἑὅẅίPhytaneὸẅ
ἋἁỴἻὅẅίSqualaneὸẅ
sn-1 sn-2 sn-3
図 2 ．古細菌および硫酸還元菌由来の脂質．
Fig. 2. Lipid biomarkers of archaea and sulfate reducing bacteria.
試料と分析法
地質概要と試料
研究対象地域の「瀬上市民の森」には，下部更新世の 前弧海盆堆積物である上総層群大船層（主に泥岩層）と，
それを整合に覆う小柴層（主に砂質泥岩層，泥質砂岩層，
砂岩層）が走向N57 E‒89 W，傾斜8 ‒23 Nで露出する．
化学合成化石群集が露頭で確認された小柴層下部の古水 深は 100 〜 200 m ，ボーリング調査で化学合成化石群集 の存在が確認された大船層上部の古水深は 200 〜 300 m と推定されている（舘・間嶋 , 1998 ）．
化学合成化石群集を産出する露頭は上部露頭と下部露 頭に分かれ（図 3 ），上部露頭は高さ 3 m ，幅 6 m ，下部 露頭は高さ 4.5 m ，幅 9 m からなり，レンズ状に密集した 貝化石と自生炭酸塩が産出する（舘・間嶋, 1998）．露頭 から得たボーリングコア（図 3 のコア A 〜 C ）は，化学 合成二枚貝化石密集部と顕著に発達した自生炭酸塩を共 産する層が，コア中に複数回繰り返すことを示し，この 事実から湧水活動は長期にわたって消長を繰り返してい たと推定される（ Kitazaki and Majima, 2003 ）．
本研究には，下部露頭から北北東に14 m離れた場所か ら層理面に垂直に 107 m 掘削されたコア E の試料を用い た（図 3 ，4 ）．コア E は，湧水中心部（図 3 の上部露頭，
下部露頭，およびコア B, C を含んだ部分）で確認された 活発な湧水活動を示唆する貝化石密集部と化石群集産出 露頭周辺で追跡される凝灰岩伴層（ SKT-1 〜 SKT-20：
Kitazaki and Majima, 2003 ）との層位関係を調べること を目的とし，湧水の縁辺部と推定された場所で新たに掘
削された試料である．岩相観察の結果，貝化石密集部と 凝灰岩伴層（図 4 の SKT-1 ，2 ，7 ，11 ）の両方をコア E の試料中に確認することができた．コア E の堆積物は上 総層群大船層（コア深度23 m以深）と小柴層（深度23 m 以浅）で構成され（図 4 ），藤岡ほか（ 2003 ）による露 頭調査で決定されたナンノ化石基準面とコア中の凝灰岩 伴層との対比から，約 175 〜 160 万年前の地層であると 推定される．図4には，コア Eの40 m以浅だけを示した．
40 m以深のコアは大船層の泥岩ないし砂質泥岩からなり，
コア深度 105 m 付近に藤岡ほか（ 2003 ）の Sg3 凝灰岩層 が確認できた．
化学合成群集を構成する大型二枚貝化石は，化学合成 細菌と共生するツキガイ類，ハナシガイ類，キヌタレガ イ類からなり，コア中の産出数は深度 50 cm ごとに，合 弁，合弁か離弁か不明，離弁（ 2 殻で一つと数えた），破 片に分けて数を数えた（図4）．貝化石は深度6.5〜13.5 m 層準で多産し，特に6.5〜7 m層準に大きなピークが認め られた（図 4 ）．深度 13 〜 13.5 m の貝化石は完全に溶解 し，殻の一部が自生炭酸塩（ dolomite ）によって置き換 えられたり，失われた殻の空洞が周囲の堆積物によって 押し潰されたりしていた．その結果，ある程度外形が識 別できた大型の合弁二枚貝の存在は確認できたものの，
離弁や破片からなる貝化石の存在は確認が困難であった．
したがって，この層準の貝化石の個数は，もっと多かっ た可能性がある．自生炭酸塩は深度 1 〜 15 m で断続的に 分布し，貝化石を伴う層準と，伴わない層準があった（図 4 ）．以下で議論するように，本研究では，AOM に関わ る古細菌バイオマーカーの顕著な濃集はコア深度 6.5 〜
0 10㹫
A
B
31m
37m 35m
33m
43m 41m 39m 47m45m
A B
Core A
Core C
Core B
Core E Core E
Core B Core A
Core C
N
107 m Upper outcrop
Lower outcrop Exposures of authigenic carbonates
and chemoautotrophic bivalves
35°N 140°E 36°N
50km
Study Area
Miura Peninsula
Boso Peninsula Tokyo
Kazusa Group
ୖ㒊㟢㢌
ୗ㒊㟢㢌
図 3 ．「瀬上市民の森」（横浜市）に露出する化学合成化石群集産出地の地形図と断面図（コア A ，B ，C については Kitazaki and Majima, 2003 を参照）．
Fig. 3. Topographic map and section of lower Pleistocene cold seep site at “Segami Citizen Forests”, Yokohama City. See Kitazaki and Majima (2003) for cores A, B and C.
0200400 -140-100-60
Concentration (ng/g) Concentration (ng/g) Concentration (ng/g) Concentration (ng/g) Concentration (ng/g) Concentration (ng/g)
δ13C（‰）δ13C（‰）δ13C（‰）δ13C（‰）δ13C（‰）δ13C（‰）
δ13C（‰） 5.9 7.1-7.6 14.6
08001600 -140 -100 -60
Crocetane PhytanePMI Squalane
Archaeol sn-2-Hydroxyarchaeol 0 40 80 -140-100-60 -20 0
0 200 400 600 -140-90-400
04080 -30-1010
03060 -140 -40
Biphytane 0R Biphytane 1R Biphytane 2RBiphytane 3RDAGE Ⅱ DAGE Ⅴ
DAGE Ⅰ DAGE ⅣDAGE Ⅲ 0 5 10 15 20 25 30 35
Core E 40
-70-50-30-1010
Authigenic carbonate 0 5 10 15
0 10 20m 70 45 25 Fine ash tuff Scoria-rich lappili tuff Pumice-rich lappili tuffCoarse ash tuff Muddy sandstone Sandy mudstone Mudstone
Mud content (%) 0 5 10
Core depth (m) Pumice grains Scoria grains Trace fossilsBoundary distinct Boundary gradual
Mode of occurrence of chemoautotrophic bivalves
Articulated Disarticulated Fragment
Number of individuals Articulation unknown
Aragonite DolomiteMG-Calcite
All 13C = VS PDB (NBS-19 + 1.95‰, NBS-20 - 1.06‰)
SKT- 11 SKT-7 SKT-2 SKT-1 SKT-1, 2, 7, 11 (Kitazaki and Majima, 2003)
Aragonite + LMG-Calcite Dolomite + MG-Calcite
0 10 20 Development of carbonate concretion Concretion Not identified Aragonite or LMG-Calcite Acicular AragoniteDolomiteMG-Calcite Not concreated 図4．コアEの岩相，および化学合成二枚貝，自生炭酸塩（鉱物組成と炭素安定同位体比），古細菌と硫酸還元菌（脂質濃度と炭素安定同位体 比）の分布． Fig. 4. Along with core E, lithology and distributions of chemoautotrophic bivalves, authigenic carbonates (mineral compositions and their δ13C), and lipid biomarkers (concentrations and their δ13 C) of archaea and sulfate reducing bacteria.
ng/g‰ng/g‰ng/g‰ng/g‰ng/gng/gng/g‰ng/g‰ng/g‰ng/g‰ng/g‰ng/g 512.76.6n.d.n.d.n.d.n.d.6.22.0-37n.d.0.3-516.01.0-27 5.55.74.5n.d.n.d.n.d.n.d.0.2trn.d.0.10.8 5.92.9-642.2n.d.n.d.n.d.n.d.1.13.7-510.31.7-453.510.6-24 6.520.614.0n.d.n.d.n.d.n.d.0.31.6-613.40.8-4612.71.9-24 7.1206.6-127185.0-127n.d.n.d.13.5n.d.n.d.24.2-12241.68.5-11914.42.1-63 7.5647.3544.3n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.69.5-13014.7-12212.2-1287.5-944.7-82 7.6936.8-122210.7n.d.n.d.10.0n.d.n.d.43.9-13244.8-10316.8-12120-57n.d. 7.822.58.5n.d.n.d.n.d.n.d.28.3n.d.trn.d.15n.d. 8.8130.9104.1n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.2.7-1252.6-1112.2-1102.4-363.8-26 9.816.51.6n.d.n.d.n.d.n.d.0.4-27tr0.3-58tr1.4-263.2 10.8149.6-12535.5-128n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.0.41.5-121tr2.1-645.8 12.243.1-11822.9-128n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.0.9-91tr13.0-262.2 13.329.210.6n.d.n.d.n.d.n.d.0.31.7-1251.7-1032.5-1009.0-2516.8-23 13.938.2n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d. 14.6㽲886.11488.2n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.1.94.9-101n.d.3.71.3 14.6㽳185.9-12042.9-11083.0-12431.9-134n.d.n.d.n.d.n.d.6.1-89n.d.9.8-29n.d. 60.21.5n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.0.2-106n.d.18.1-2528.9 61.341.25.2n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.3.1-821.00.6-7423.62.1-25 62.5n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.0.7n.d.n.d.n.d.1.331.3-21 78.822.73.6n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.1.0n.d.9.12.0 ng/g‰ng/g‰ng/g‰ng/g‰ng/g‰ng/g‰ng/g‰ng/g‰ng/g‰ 513.5-632.0-863.9-334.0-173.12.919.2n.d.n.d. 5.580.1-455.3-5013.8-2310.5-177.3n.d.n.d. 5.9159.5-3514.1-3454.4-2257.3-19n.d.n.d.5.5-75n.d.n.d. 6.533.1-372.8-4711.3-2612.2-1912.44.115.8n.d.n.d. 7.154.9-11056.5-11422.2-1072.8-172.4-902.0-909.2-902.2-1154.4 7.5254.0-120271.1-124101.6-1202.856.57.833.613.923.2 7.6351.7-119367.2-123152.7-1150.810.2-83n.d.95.5-8333.4-10756.3-122 7.8n.d.n.d.n.d.n.d.4.35.44.5n.d.n.d. 8.823.0-787.2-1354.7-622.3-22trtr6.4n.d.n.d. 9.81.5trtrtrtrtrtrn.d.n.d. 10.87.0-1182.3-1160.9tr2.32.2-11614.8-112n.d.4.9-99 12.299.820.511.77.83.33.313.1-81n.d.3.2-128 13.315.2-1143.2-1212.2-971.2-25n.d.3.833.3n.d.n.d. 13.9n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.16.5n.d.n.d. 14.6㽲172.8-10671.2-12819.9n.d.n.d.n.d.337.0196.6n.d. 14.6㽳596.6-101260.1-11685.3-8426.4-1913.8-7715.7-105157.5-959.017.7-100 60.2219.556.8n.d.n.d.n.d.n.d.1.1n.d.n.d. 61.326.2-634.5-877.7-356.6-2212.66.818.7n.d.n.d. 62.5n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d.n.d. 78.8298.340.967.857.812.213.115.2n.d.n.d.
DAGEⅢ
Develop- ment of authgenic carbonate concretion Biphytane 0RBiphytane 1RBiphytane 2RBiphytane 3R
PMISqualaneArchaeolsn-2- Hydroxyarchaeol DAGEⅣDAGEⅤ
Depth m
PhytaneMacrocyclic archaeol 1RMacrocyclic archaeol 2R DAGEⅠ DAGEⅡ
Crocetane Depth m
tr trtr
All δ13C = VS PDB * : value with ether cleavage treatment. n.d.: not detected tr : trace amount. (over the detection limits but bellow the quantification limits) blank space : not measured. bold face : data plotted on Fig.4.
Concen- trationConcen- trationConcen- trationConcen- trationConcen- trationConcen- tration*Concen- trationConcen- trationConcen- tration Concen- trationConcen- trationConcen- trationConcen- trationConcen- tration
Concen- tration*Concen- tration*Concen- tration* ‰ Concen- tration*Concen- tration*Concen- tration*Concen- tration*δ13C
δ13Cδ13Cδ13Cδ13Cδ13Cδ13Cδ13C δ13Cδ13Cδ13Cδ13Cδ13C*δ13C*δ13C*δ13C*
δ13C*δ13C*δ13C* Develop- ment of authgenic carbonate concretionlittle littlelittle little littleweak weak weak weak weak weak
moderate moderate moderate moderate well well well massive massive little littlelittle little littleweak weak weak weak weak weak
moderate moderate moderate moderate well well well massive massive
表1．コアE各試料のバイオマーカー濃度とその炭素安定同位体比． Table 1. Concentration and carbon stable isotope ratio of biomarkers in each sample of core E.
7 m とコア深度 13 〜 13.5 m の貝化石が生息していた時代 に起こったと推定した．これらの層準は， Kitazaki and Majima（ 2003 ）のコア B のコア深度 2 〜 3 m とコア C の 14 〜 15 m ，およびコア B の 8 〜 9 m とコア C の 19 〜 20 m の層準にそれぞれ相当する．コア B と C のこれらの層準 には貝化石が多産し，自生炭酸塩も顕著に発達する．
バイオマーカー解析用の試料は，貝化石と自生炭酸塩 がある程度連続的に産出するコア深度 5 〜 15 m で 15 試 料，60 〜 80 m で 4 試料の合計 19 試料を採取した（表 1 ）．
なお，コア深度 14.6 m では，14.55 〜 14.65 m の自生炭酸 塩発達部分内の異なる 2 箇所から試料を採取した．これ らは 14.6 m ①，14.6 m ②と区別して表記する（表 1 ）．
以下の議論でコアの深度を表記する時は「コア深度」
は省略し直接 m だけを記す．
分子化石（バイオマーカー）の分析法
粉末化した試料約 20 g をはかりとり，ジクロロメタン
／メタノール（ 7：3 ，v/v ）を 100 ml 加え，15 分間超音 波装置を用いて試料中の有機物を溶媒に抽出した．抽出 液をガラスフィルターで濾過し，ロータリーエバポレー ターによって抽出物を濃縮した．その後全抽出物に0.5 M KOH 溶液（メタノール／水＝ 95：5 ，v/v ）を加えてケ ン化した（ 80 C ，2 時間）．そこから - ヘキサンに脂質 を抽出し，これを中性画分とした．得られた中性画分は，
シリカゲル・カラムクロマトグラフィーによって，炭化 水素画分，ケトン・アルデヒド画分，アルコール画分，
極性画分に分画した（ Ohkouchi , 2005 ）．アルコー ル画分は， , - ビス（トリメチルシリル）トリフルオ ロアセトアミド溶液を加え，トリメチルシリル化した．
その後，それぞれの画分に含まれる化合物の同定・定量 と，化合物ごとの炭素安定同位体比測定を行った．
一方，テトラエーテル脂質由来の脂質化合物について 分析を行うため，ほぼ同量の試料を別に用意した．テト ラエーテル脂質は分子量が大きいため，上記の方法では 分析することができない．そこでエーテル結合開裂処理 を行い，テトラエーテル脂質から得られるビフィタン（図 2のk‒n）の定量を行った．上記の方法で得た中性画分に 56 wt% ヨウ化水素溶液を加え，110 C で 4 時間還流し，
エーテル結合を開裂してヨウ化アルキルの形にした．こ れを - ヘキサンに抽出した後，窒素雰囲気下で乾固させ た．脱水済のテトラヒドロフランと水素化リチウムアル ミニウムを加え，70ºC で 2 時間還流し，ヨウ化アルキル を水素置換した．酢酸エチルを加えて水素化リチウムア ルミニウムを失活させた後，脂質をジクロロメタン／ - ヘキサン＝ 1：1 ，（ v/v ）に抽出した．上記と同様にシリ カゲル・カラムクロマトグラフィーにより分画し，得ら れた炭化水素画分について化合物の同定・定量と化合物 ごとの炭素安定同位体比測定を行った．開裂操作後の試 料から新たに得られたビフィタン以外のイソプレノイド
炭化水素も同定・定量した．
化合物の同定および定量には，ガスクロマトグラフ／
質量分析計（GC/MS; Agilent 6890N/Agilent 5973）を用 いた．分離カラムは溶融石英キャピラリーカラム（HP-1ms，
30 m × 0.25 mm i.d.；膜厚 0.25 μm；SHIMADZU ）を用 いた．オーブンの昇温プログラムは，40 Cから120 Cま では 30 C min− 1，120 C から 320 C までは 6 C min− 1， 320 C で 20 分間保持とした．キャリアーガスはヘリウム を用いた．電子イオン化電圧は 70 eV とし，スキャン範 囲は / 40 〜 800 ，サイクルタイムは 1 秒間である．化 合物の定量は，Aldrich 社製の C15，C16，C17，C18，C19， C20，C22，C24，C26，C28，C30の alkane 標準液を用いて 調製したアルカン混合標準液（ヘキサン 1 μl 当りそれぞ れのアルカン20 ngを含む）を試料測定前に測定し，それ らの化合物のクロマトグラムの積分値と，目的化合物の クロマトグラムの積分値との比から行った．GC/MSによ る定量の誤差は通常 10 % 程度である．また，GC/MS で のブランク回収実験では，測定の対象物質が検出される ことはなかった．
化合物の同定は，以下に示す論文のマススペクトルの データとの対比によって行った。フィタン（図2のh）と クロセタン（図 2 の g ）は Elvert （ 2000 ）と荻原・
芦（ 2003 ），PMI（PentaMethylIcosane；図 2 の i ）は Elvert （ 1999 ），ビフィタン 0R（図 2 の k ）は荻原
（ 2004 ），ビフィタン 1R（図 2 の l ），ビフィタン 2R（図 2 の m ），ビフィタン 3R（図 2 の n ）は Schouten
（ 1998 ），アーキオールは Teixidor （ 1993 ）， -2- ヒドロキシアーキオールはHinrichs （1999, 2000），
環状アーキオール1R，環状アーキオール2RはStadnitskaia
（ 2003 ），DAGE Ⅲ，DAGE Ⅳ，DAGE Ⅴは Pancost
（ 2001a ）を参考に同定した．クロマトクラムの一 例として，7.5 m の炭化水素画分を図 5 に示す．
各化合物の炭素安定同位体比の測定は，ガスクロマト グラフ／燃焼／同位体質量分析計（GC/C/IRMS；Agilent 6890N/COMBUSTION Ⅲ /ThermoFinnigan DELTA plus XP ）を用いて行った．分離カラムは溶融石英キャピラ
10 15 20 25 30
= n-Alkanes PMI
Squalane Crocetane
Retention time
Abundance
図 5 ．コア E 7.5 m 試料のバイオマーカー濃度．
Fig. 5. Concentration of biomarkers in core depth 7.5 m of core E.
