Division of Biosphere Science

Base for Field Science

Our Courses

Course in Plant Ecology and Biodiversity Science

This course focuses on the mechanisms of creation, maintenance and decline of biological diversity, paying attention to environment structure, population structure, spatial genetic structure, and biological interaction.

Course HP -> 
https://noah.ees.hokudai.ac.jp/biodiversity/index.html

Staffs

Shin-ichiro Aiba, Professor
aiba@ees.hokudai.ac.jp
Plant ecology, Forest ecology

Gaku Kudo, Associate Professor
gaku@ees.hokudai.ac.jp
Plant ecology, Pollination ecology, Global change ecology

Takuya Kubo, Assistant Professor
kubo@ees.hokudai.ac.jp
Computational ecology, Ecologicl statistics

Shiro Tsuyuzaki, Professor
tsuyu@ees.hokudai.ac.jp
Disturbance ecology

Masahiro Nakamura, Professor
masahiro@fsc.hokudai.ac.jp
Community ecology

Shunsuke Utsumi, Professor
utsumi@fsc.hokudai.ac.jp
Evolutionary community ecology

Course in Ecological Genetics

This course focuses on the population dynamics under environmental changes, biological interactions, and developmental and environmental adaptations in mammals, insects and plants, especially paying attention to their genetic systems and genetic diversity.

Course in Ecological Genetics -> https://noah.ees.hokudai.ac.jp/bio/?p=3038&lang=en


Staffs

Shigeyuki Koshikawa, Professor
進化発生生物学、分子遺伝学、自然史
ショウジョウバエを対象に、発生生物学や遺伝学の手法を用いて、模様形成のメカニズムとその進化を研究しています。また、地下に適応した昆虫が視覚をどのように退化させていったのかを形態学とゲノミクスの両面から研究しています。時間スケールが長く形の変化を伴う、いわゆる大進化に注目し、どのような遺伝子がどのような制御ネットワークを構築することが大進化につながるかを明らかにしようとしています。

ミズタマショウジョウバエの翅 (撮影 越川滋行)

ミズタマショウジョウバエの翅の模様。近縁種には、着色の場所が少ない種もいます。どのような仕組みで、本種に特異的な模様が作られているのかについても、進化生物学的な観点から研究しています。

浅い地下に生息し、視覚を退化させたゴミムシ。体色が薄く、感覚毛が長いなど、典型的な地下適応の形質が見られます。洞窟深部などのより深い地下に適応した種と比べると、特殊化の程度は低く、地上から地下深くへの進化を考えると過渡的な段階にあると考えることができます。


Shunsuke Utsumi, Professor
生態学、進化生物学、多様性科学

 野生植物(草本・木本)を中心に、植物―植物や植物―昆虫・微生物の間の複雑で未知な相互作用網を紐解く研究をしています。ゲノムから生態系までの階層横断アプローチと、進化や遺伝的多様性と生態的特性のフィードバックを重視しています。多種共存や個体群存続に対する進化の意義、都市が進化に与える影響、遺伝的多様性が生態系機能に与える影響などを明らかにし、人と自然の関わり方についての新たな視点を追求します。

(左上)多様性を操作した野外実験区。種内多様性をゲノムレベルで評価し、生態系機能に対する種内レベルと種レベルの多様性の包括的影響を調べている。(左下)まだ雪に覆われた晩冬の実験区。(中上)都市における生物進化のモデルであるシロツメクサの大群落。(中下)外来植物セイタカアワダチソウに訪花する外来種セイヨウオオマルハナバチ。人間活動の最たるものと言える都市形成や、人間活動によって生み出された外来生物同士の相互作用は、生物たちの新たな進化を今まさに駆動している。(右)ハンノキの根に共生する放線菌フランキア属の根粒。一つの森や一本の木の根にさえ、多様な系統のフランキアが同時に共生していることが分かってきた。


Takashi Hayakawa, Assistant Professor
分子生態学、集団遺伝学、ゲノム科学
世界には6000種類の哺乳類が生息しています。約1億年前、超大陸の分裂、恐竜の衰退、被子植物の繁栄とともに、世界中に爆発的に適応放散しました。国内外のフィールドや動物園に出かけて観察をしながら、そうした哺乳類の進化と適応のメカニズムを、ゲノム科学の手法で探っています。

左上から右方向に、チンパンジー、ニホンザル、ロエストモンキー、レッドテイルモンキー、ブルーモンキー、ハリモグラ、コアラ、イースタンクオール、カモノハシです。霊長類各種や、コアラ、カモノハシやハリモグラなどの全ゲノム解析をおこないました。たとえば高度に樹上適応している霊長類やコアラでは、樹上の「おいしい」食べ物を選べるように味覚受容体遺伝子が進化していることを発見しました。唯一の卵を産む哺乳類であるカモノハシやハリモグラの比較ゲノム解析をオーストラリアと共同で実施し、水中生活を送り繁殖相手や競争相手をフェロモンで認識する必要のあるカモノハシはフェロモン系の感覚が発達している一方で、食料となるシロアリの巣をにおいで見つける必要のあるハリモグラは嗅覚が発達しているということを遺伝子レベルで発見しました。


Yasuhiro Sato, Assistant Professor

生物情報学の技術を駆使して植物を取りまく生態現象を解きほぐす研究を行っています。野外における生物の環境応答や生物間の相互作用は量的な変異を伴った複雑な形質です。取り扱いの難しい生態現象にオミクス科学を応用することで、現象の背後にある遺伝的基盤を定量的に理解することを目指しています。


Kiyohito Yoshida, Research Associate
分子遺伝学
長鎖多価不飽和脂肪酸(LC-PUFA)の適応的な細胞機能とその分子機構の解明を目指しています。そのために、LC-PUFA関連遺伝子をバクテリアで発現させることにより、LC-PUFAが細胞に与える影響を調べています。さらに、LC-PUFAの食品利用をめざす実用的研究も行っています。

LC-PUFAの分子構造
ヘアピン構造をした EPA分子二重結合を4つ以上持つものをLC-PUFAと呼びます。特に、ドコサヘキサエン酸(DHA)やエイコサペンタエン酸(EPA)は生物にとって重要なLC-PUFAです。LC-PUFAにある二重結合は回転できません。その結果、一番安定な形は、図に示すようなヘアピン構造です。そのおかげで、LC-PUFAの融点は、飽和脂肪酸に比べ、かなり低くなります。例えば、飽和脂肪酸ステアリン酸の融点は約70℃ですが、EPAの融点は -54℃です。 LC-PUFAのこのような物理的特性によって、様々な生理機能が生み出されていると考えられています。


当コースでは野外生態調査(フィールドワーク)ならびに室内における生物飼育・操作実験をなどと遺伝的解析実験を相互にフィードバックさせることによって、地球環境科学教育の基礎となる生物の進化、種の多様性維持機構、個体群変動の機構、絶滅危惧生物の保全、環境変動に対する生物の対応など幅広い教育を行っています。

生態遺伝学コースのホームページ -> https://noah.ees.hokudai.ac.jp/bio/?p=3038&lang=en

Course in Molecular Biology

In this course, we conduct research and education spanning various fields, including molecular biology, biochemistry, physiology, ecology, bioinformatics, and biotechnology. Our study organisms span a wide spectrum, including plants (herbs, trees, algae), bacteria, fungi, and animals (mammals, insects). We are committed to cutting-edge research in diverse topics, such as (1) utilization techniques for plant growth-promoting microorganisms, (2) plant mineral transport, (3) function of plant seeds, (4) photosynthesis and environmental responses in evergreen trees and algae, (5) decomposition of trees using wood-decaying fungi, (6) the physiology, ecology, and evolution of microorganisms, (7) metagenome of microorganisms, (8) insect defense mechanisms, and (9) the molecular mechanisms of mammalian hibernation.


Staffs

Masaaki Morikawa, Professor
環境微生物学、生物環境修復技術
https://noah.ees.hokudai.ac.jp/emb/morikawalab/

Kyoko Miwa, Professor
環境分子生物学、植物科学
https://noah.ees.hokudai.ac.jp/emb/miwalab/

Kenji Washio, Assistant Professor
環境分子生物学、 植物科学
https://noah.ees.hokudai.ac.jp/emb/HP/jouhou/washio.html

Chiaki Hori, Associate Professor
環境分子生物学、微生物生化学
 https://noah.ees.hokudai.ac.jp/emb/hori/


微生物生態学分野   https://www2.lowtem.hokudai.ac.jp/micro-ecol/member/index.html

Manabu Fukui,
Specially Appointed Professor
微生物生態学

Tomohiro Watanabe,
Associate Professor
環境微生物学、生化学

野外調査、培養、ゲノミクス、タンパク質解析による総合的な研究
(福井、渡邉)

冬眠代謝生理発達分野  https://www2.lowtem.hokudai.ac.jp/hibernation/

Yoshifumi Yamaguchi, Professor
分子発生生理学、冬眠学

Masamitsu Sone, Assistant Professor 
分子生物学

Akari Yamauchi, Assistant Professor 
生化学

冬眠中のシリアンハムスター
(山口、曽根、山内)

生物適応分野  https://www.plantadapt.jp/

樹木・草本・緑藻など光合成生物の環境適応
(田中、伊藤、高林、小野)

Ryouichi Tanaka, Professor
植物生理学

Hisashi Ito, Assistant Professor
植物生理学

Atsushi Takabayashi, Assistant Professor
植物生理学

Kiyomi Ono, Assistant Professor
植物生理生態学


Yasuhiro Kasahara, Associate Professor
土壌微生物生態学、ゲノム微生物学

Masanori Ochiai, Associate Professor
昆虫生理学、分子免疫学
http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/insbio/index.html

Course in Animal Ecology

This course focuses on the interactions that determine the distribution and abundance of animals, paying attention to animal behavior, population dynamics, biological interaction, and community organization. The educational and research activities also cover wild animal conservation and ecosystem management in aquatic and terrestrial environments.

Staffs

岩礁潮間帯の帯状分布。色の違いは優占する固着生物(フジツボや海藻など)の種類の違いに対応している。潮間帯の固着生物は環境ストレスの垂直勾配や種間相互作用(捕食や競争)によって、それぞれ数~数十センチの垂直範囲に分布が制限されている(野田)。

Takashi Noda, Professor
noda@ees.hokudai.ac.jp
群集生態学、個体群生態学
 おもに海岸に生息する生物(海藻・フジツボ・貝類など)を対象に生態学的な研究を行っています。特に岩礁潮間帯(潮が引くと干上がる磯)は、調査が容易なことと、多種多様な生物が生息するなど、生態学の研究に格好の場です。そこに棲む様々な生き物を対象に、数と分布の時空間変動、生き物同士の相互作用を明らかにすることをめざした研究を行っています。くわえて岩礁潮間帯の生物への東北地方太平洋沖地震の影響や回復過程についての研究にも取り組んでいます。

Naoki Agetsuma, Professor
agetsuma@fsc.hokudai.ac.jp
哺乳類生態学、森林生態学、野生動物保護管理学
 野生哺乳類の生態・行動・社会を明らかにするとともに、人間活動が彼らの生態にどのような影響をあたえているのかを調べています。主に屋久島・和歌山・北海道に生息するシカ・サル・食肉類・コウモリ類などを研究対象にしてきました。また、過去の動物個体群の状態や生息環境についても復元を試み、自然生態系を保全する際の目標設定について検討しています。

エゾタヌキの社会システムと移出・分散の関係を糞DNAを使って分析を始めています(揚妻)。
シカの増えすぎが環境問題となっている。ところが、70~150年前までは全国各地でシカが非常に多かったことが解ってきた。もともと日本の生態系にはシカがたくさんいた可能性がある。当時の生態系がどのようなものだったのか解明する必要がある(揚妻)。

Itsuro Koizumi, Associate Professor
itsuro@ees.hokudai.ac.jp
保全生態学、分子生態学
 魚類や哺乳類などの野外個体群を対象に、進化生態学、行動生態学、保全生態学に関する研究を行っています。特に、生息地の破壊・分断化、都市化、外来種の侵入といった環境変化に対して、生物がどのように応答しているのかに興味があります。絶滅してしまう生物もいる一方で、生活史や行動を変化させて対応する生物もいます。フィールドワークを中心としながら、 DNA解析や統計モデリングなども取り入れて研究を進めています。最近は動物の模様や形態にも興味を持っています。

ニホンザリガニはその極端な移動性の低さから津軽海峡の陸橋化など北日本の地史を理解する上で貴重な生き証人だ。基礎的な生態を調べることにより、彼らを絶滅の危機から救うことができる(小泉)。
動物の色や模様の機能や意味は驚くほど分かっていない。サケ科魚類は模様の多様性が著しく謎を解くのに興味深い分類群である(小泉)。
食うー食われるの関係は自然界で普遍的であり、それらに特化した攻撃・防御形質がしばしばみられる。フィールドや実験室内での厳密な操作実験を行うことによりさまざまなメカニズムが検証できる(岸田)。

Osamu Kishida, Associate Professor
kishida@fsc.hokudai.ac.jp
進化生態学、群集生態学
 生息環境の条件に応じて生物個体が行動、形態、生活史をどのように変えるのか?その応答は同種や他種との関係をいかに変え、群集や生態系のなかでどんな機能を果たすのか? など、環境と生物個体の相互作用に興味があります。主な対象は、両生類や水生昆虫などの池に棲む動物です。野外調査と操作実験を効果的に組み合わせることで、動物たちのしたたかな生き様や生物同士の意外な関係に迫ります。

暗闇の中を飛び回るトラフズク。多くのフクロウ類は、獲物が出す微かな音を頼りに狩りを行う聴覚捕食者だ。私たちの生活を取り巻く人為騒音が、彼らの採食効がしばしばみられる。フィールドや実験室内での厳密な操作実験を行うことによりさ率を大きく低下させていることが解ってきた(先崎)。

Masayuki Senzaki, Associate Professor
msenzaki@ees.hokudai.ac.jp
保全生態学、景観生態学、光害・騒音害
 人間活動が生物多様性に与える影響について研究を行っています。生息地の消失・分断化といった直接的な環境変化に加えて、人工光や人為騒音を伴う環境変化が、生物個体と生物群集の双方に与える影響について調べています。陸生の鳥類を中心に、哺乳類、両生類、昆虫類など様々な分類群を研究対象としています。景観生態学的アプローチを用いた野外調査を基盤に、行動生態学的アプローチを用いた操作実験を組み合わせながら研究を進めています。

キューバソレノドン。希少故に調査は困難であり生態はほとんど知られていないが、絶滅の危機にさらされているので生態情報の収集は急務である(大館)。

Satoshi D. Ohdachi, Assistant Professor
ohd@lowtem.hokudai.ac.jp
哺乳動物学、動物生態学、人と動物の関係誌
 おもに小型哺乳動物を中心とする脊椎動物を対象に、生物地理学的な歴史過程と生態学的な研究を行っています。ユーラシアや北米の寒冷地域から東南アジア、インド洋海域やキューバの熱帯域までほぼ世界中がフィールドです。主に動物の移動や進化の過程を分子系統学や遺伝学、生態学的手法で行っています。また稀少種のキューバソレノドンの保護のための基礎研究も主要な目的としています。さらに最近では動物の分布の変遷におよぼす人間活動の影響の研究にも力を入れています。

Course in Aquatic Biology

This course focuses on the mechanisms of response and adaptation of various aquatic organisms (algae, plankton, squid, fish, marine mammal) against their living environments from freshwater (river, lake, bog) to marine (coastal and open sea) ecosystems. Research and education are carried out from the molecular and cell biology to the population and community ecology. 
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(写真1)増養殖実習での刺し網によるヒメマスのサンプリング
(写真2)褐藻ヒバマタの卵と精子(左)と褐藻類の細胞微細構造(右)。褐藻類は北海道沿岸における主要な一次生産者である。同じ光合成生物でありながら、生殖、細胞構造は陸上植物とは大きく異なる。
(写真3)2006年に新種記載されたラウスカジカ( Icelus skii )とその卵塊。近年、北海道や北方四島など北方水域のスキューバレンジ水深帯から新種の発見が続いている。また、産卵基質となっているアミコケムシ(苔虫動物門)は、魚類の格好の揺り篭で、これまで7種の魚類の利用が確認されている。
(写真4)胞胚期に胚盤の移植をおこなったキンギョ胚。赤色に染色された胚と無染色の胚の間で、胚上部の交換移植を行った。これらの胚の発生は正常に進行する。
(写真5)ブリとカンパチの行動計測実験。加速度ロガーを用いることで、活動量の算出や捕食行動の検出が可能である。
(写真6)実習観測船「みさご丸(厚岸臨海実験所)」での、プランクトンネットを使った海洋観測

Staffs

Kazushi Miyashita,
Professor
miyashi@fish.hokudai.ac.jp
水圏生物資源計測学、システム水産学

Chikako Nagasato,
Professor
nagasato@fsc.hokudai.ac.jp
藻類学、細胞生物学

Masahiro Nakaoka,
Professor
nakaoka@fsc.hokudai.ac.jp
海洋生態学、群集生態学

Norishige Yotsukura,
Professor
yotsukur@fsc.hokudai.ac.jp
海産植物学、多様性保全学

Kenji Minami,
Associate Professor
k.minami@fsc.hokudai.ac.jp
沿岸資源計測学、音響計測学

Tomonori Isada,
Associate Professor
t-isada@fsc.hokudai.ac.jp
生物海洋学、衛星海洋学

Hagihara Seishi,
Associate Professor
shagihara@fsc.hokudai.ac.jp
生理生態学、生殖生理学

Kensuke Ichihara,
Assistant Professor
ichihara@fsc.hokudai.ac.jp
多様性生物学・進化生物学

Jun Yamamoto,
Assistant Professor
yamaj@fish.hokudai.ac.jp
リモートセンシング、漁業有用資源

Course in Marine Biogeochemistry and Biology

This course provides teachings on the characteristics for the biological production processes in the various marine environments and of the biological responses and adaptations to the environmental changes. The educational and research activities cover physiological and ecological understandings of the relationship between marine environmental factors and biological production processes through field, and chemical and biological laboratory works.

海洋生物生産学コースのホームページ -> https://ees-hokudai-marine.jimdofree.com/

担当教員紹介

オートアナライザーを用いた栄養塩の測定

工藤 勲 教授
ikudo@fish.hokudai.ac.jp
Isao Kudo, Professor
基礎生産学、海洋生物地球化学
 亜寒帯域における比較沿岸海洋学の確立を目標に研究を行っています。北海道には、生産性の異なる海流の影響を受ける水塊で構成される太平洋、オホーツク海、日本海沿岸があり、かつそれぞれが陸域からの栄養物質の供給を受け特徴的な生態系が形成されています。陸域における土地利用形態や植生を反映する河川からの栄養物質と海からの栄養物質がどのように関係して沿岸域の基礎生産および物質循環過程を形成しているのかを明らかにすることが現在の研究主題です。また、植物プランクトンを餌源として成長するホタテガイに着目し、海域の基礎生産環境とホタテガイ生産の関係を明らかにするために噴火湾、オホーツク海、青森県陸奥湾で研究を行っています。

旋網漁具シミュレーション(左上)、マサバ遊泳時の酸素消費量計測(右上)、クロマグロのCFD解析(左下)、ウグイ遊泳時の後流域速度分布(右下)

高木 力 教授
tutakagi@fish.hokudai.ac.jp
Tsutomu Takagi, Professor
漁業生産工学、生体力学
 水産資源をこれからも持続的に利用するためには、水産物を適正に漁獲し、生産するための高度な技術が求められています。研究室では、その技術開発のために物理学、工学、魚類行動学など多様な側面からアプローチしています。
 魚介類はどのように漁獲されているのか?水域の生物を生産物として水揚げするには漁獲するための技術が必要です。漁獲過程における生物の動きと漁具の動きの両方を把握し、必要な種や量を適切に漁獲生産するための技術やシステム開発研究を行 っています。具体的には、操業中の様々な網漁具全体の形状や動態を数値シミュレーシ ョン技術により可視化し、必要な物理情報を得ることで、最適なデザインや漁獲システムを研究しています。また、対象とする水生動物を保全管理しながら適切に漁獲するために、それらの移動能力、行動の発現やそのメカニズムを分析・理解するための研究も行っています。

練習船うしお丸船上でのアシュラ採泥器による採泥風景

芳村  毅 准教授
yoshimura-t@fish.hokudai.ac.jp
Takeshi Yoshimura, Associate Professor
海洋生物地球化学
 植物プランクトンの基礎生産に関連する炭素、窒素、リン、ケイ素などの生元素の循環過程を研究しています。海洋は二酸化炭素や熱を吸収することにより、地球の気候の安定化に大きな役割を果たしています。海洋への二酸化炭素の吸収・隔離には海洋生態系――特に植物プランクトン、動物プランクトン、細菌類などで構成される低次生態系――が重要な働きをしています。この炭素循環に関与する低次生態系の動態は窒素、リン、ケイ素などの栄養塩により規定されています。このため、生元素の循環過程のより良い理解は海洋生態系の動態を把握する上で不可欠です。私たちは汽水湖や沿岸域、外洋域までを対象に、船舶を用いた現地調査を主な手段として研究しています。得られた試料について精密な化学分析をおこない、海洋での生元素循環に関わるあらたな過程や原理を解明することを目指しています。

汽水湖での採水調査

浦 和寛 准教授
kazu@fish.hokudai.ac.jp
Kazuhiro Ura, Associate Professor
海産無脊椎動物生理学、比較内分泌学
ウニ類の生殖巣の肥大に関わる内分泌調節メカニズム、ならびに消化管での栄養吸収および生殖巣への栄養分の運搬メカニズムを主に研究しています。そして、得られた研究成果をウニ類の養殖技術開発へ応用することを目指しています。
 ウニ類の食品として扱われるのは生殖巣です。従って、ウニ類の生殖巣の肥大メカニズムを明らかにすることが、ウニ類の養殖技術開発において重要となります。ウニ類の生殖巣の肥大は、タンパク質、糖、脂質などの合成・蓄積により引き起こされます。このタンパク質の内、主に主要卵黄タンパク質(MYP)とビテロジェニン様タンパク質の蓄積が重要です。しかし、これらのタンパク質の合成および生殖巣への蓄積メカニズムは明らかにされていません。私たちは、ウニ類の MYP とビテロジェニン様タンパク質の合成および生殖巣への蓄積メカニズムを明らかにすることを目指します。
 多くの生物において、タンパク質の合成には内分泌調節メカニズムの内、転写調節因子である核内受容体が深く関与しています。ウニ類の MYP およびビテロジェニン様タンパク質の発現調節メカニズムが明らかになればウニ生殖巣の肥大を自由に制御できます。私たちは、これらのタンパク質の発現調節に関与する核内受容体の特定とそのリガンド(核内受容体に結合し活性化させる成分)となる成分の探索を行っています。
 また、これらのリガンドが明らかになれば、ウニ類の養殖技術開発の内、餌にこれらの成分を含ませればウニ生殖巣の肥大効率が向上することが期待されます。北海道南西部日本海側、日本各地ならびに世界各地で、ウニの食圧や様々な原因で海藻群落「藻場」が消失した磯焼け海域が拡大しています。この磯焼けを解決するにはウニの排除が最も有効とされています。そこで私たちは、磯焼け海域に生息している未利用なウニを養殖により有効活用するために研究成果をウニ用配合餌料の開発へと応用し、ウニ類の養殖技術開発を行っています。この磯焼け海域からウニを早いサイクルで排除し、利活用することにより漁業者の収入増や沿岸海域での海藻群落「藻場」の再生も期待されます。

磯焼けウニの海洋養殖実証試験

Course in Forest Field Science

苫小牧クレーンサイト。樹齢200年を超えるミズナラが残る原生林内に、移動半径41m・高さ25mの観察用クレーンが設置されています。

To understand biodiversity and functions of forest ecosystems, we conduct a variety of research projects in our vast experimental forests. In the world’s largest university forest, graduate students address their thesis research focusing on particular topic. Our studies cover wide variety of topics such as ecology and evolution of wildlife, ecological interactions, global warming, atmosphere pollution, invasive species, and land use conservation, etc.

森林圏フィールド科学コースのホームページ -> https://forestcsv.ees.hokudai.ac.jp/ja/


生物多様性分野では、森林生態系を対象として、主に樹木、昆虫、脊椎動物を中心に、生物群集の生物間相互作用や変動環境に対する応答、生物の生活史や進化、個体群の構造など、生物・生態系の保全に関する基礎的な研究を行っています。また、大規模野外操作実験を積極的に導入していることも特徴です。研究分野としては、群集生態学、植物生態学、菌類学、個体群生態学、進化生態学、集団遺伝学、哺乳類学、野生動物管理学、保全生態学に対応しています。

地域資源管理分野では、森林資源のリモートセンシングによる広域観測と評価、森林の造成・管理手法の改良と体系化、地域資源の利用と保全方法の検討、自然と共生する流域社会形成に関する基礎的な研究を行っています。地域資源の保全や管理の方法を追求し、自然共生社会への方策を提示することを目標としています。研究分野としては、造林学、森林計測学などに対応しています。

生態系機能分野では、森林生態系における物質循環、土壌、河川水質、気象・水文などに関する現地観測や野外実験を通じて、森林のもつ環境保全機能や生態系サービスの解明に関する研究を行っています。大気汚染や地球温暖化に対する調査観測や野外実験等が実施されています。研究分野としては生態系生態学、生物地球化学、土壌学、水文・微気象学に対応しています。

研究内容の紹介

自然・人為攪乱による森林群集、野生動物、生物多様性の動態変動:過去から現在にかけてのさまざまな攪乱要因(森林伐採、台風、地球温暖化、狩猟、土地利用変化)が森林生態系の動植物群集や生物多様性にどのように影響しているのかを明らかにするため、大規模で長期的な継続調査や要因解析、仮説検証型の野外操作実験を行っています。苫小牧研究林でのクレーンサイトでは、森林構造や生態機能の空間分布調査や野外温暖化実験などを実施しています。

環境変動下における森林生態系の物質循環と環境保全機能:大気汚染や地球温暖化などの環境変化に対する森林の環境保全機能や生態系サービスの変動を明らかにするために、植生や土壌、微生物をめぐる養分循環や水質形成に関する調査観測、野外実験等を実施しています。雨龍研究林の実験流域では土壌微生物による窒素循環動態や、流域生態系と河川水質の相互関係に関する総合調査を行っています。

森林生態系における生物間相互作用の解明:樹木と昆虫、水生生物間など、捕食者と被食者の相互関係について、フィールドでの詳細観察や操作実験を通じて明らかにするための研究を行っています。苫小牧研究林や中川研究林では落葉量を改変したり、成木の枝や地下部を暖める操作実験に対する樹木や生態系の変化が被食ー捕食関係にどのような影響を及ぼすかについて研究を進めています。苫小牧研究林や天塩研究林では、林内の自然池や人工池で操作実験を行い、水生動物の食う-食われるの関係や生存戦略について調べています。

大規模野外実験による流域スケールでの北方林生態系動態の解明:気候・土壌条件の異なった複数の小流域を対象に、栄養段階毎の生物多様性と生態系の炭素固定能や物質循環速度の両者を同時に調査し、生産者の多様性や利用可能な栄養塩量をコントロールした大規模野外実験を行っています。生物多様性と生態系機能の関係を、景観スケ ールでのパターン解析とそのメカニズムを実験的に明らかにしています。天塩研究林では、カラマツ類育林過程における集水域レベルの炭素循環機能を評価するために、14haに及ぶ針広混交林を改変し、グイマツ雑種F1を新植しました。
既存植生からの継続したモニタリング(二酸化炭素フラックスや養分循環、河川水質など)により、天然林伐採あるいは植林活動が流域の炭素循環に及ぼす影響評価を行っています。

フィールドでの操作実験-シカ密度操作実験と温暖化操作実験-:シカがいる・いないで森林構造や物質循環はどんな違いを見せるのでしょうか?シカが植生を破壊するという報告がありますが、一方、シカが植物種多様性を高めているという報告もあります。どちらが本当なのでしょうか、どんな条件が効いているのでしょうか?このプロジェクトでは森林内に柵を設けてシカの生息密度をゼロから高密度まで段階的に変えて、シカの影響を長期的・多面的に研究しています。また、地球温暖化に対する森林生態系の応答を解明するために、電熱線を樹木に巻きつけたり、地中に埋設するなどの温暖化操作実験も行っています。成木を対象とした野外実験では、樹木の葉の光合成能力や養分状態、化学成分組成などの生理パラメータや、昆虫と樹木の生物間相互作用などをターゲットに総合的な影響の調査研究を行っています。

持続可能な森林資源利用に関する研究:多様な資源問題、環境問題への対応策を考える目的で、森林を中心とする地域資源の管理のあり方を自然科学および社会科学の双方の立場から分析しています。生物多様性や生態系機能の保全、森林の多目的利用を考慮した森林・土地・景観などの管理方法を提示することを目標にしています。また、人工衛星や航空機観測によるリモートセンシングと地上計測の緊密連携による、広域スケールでの評価精度向上に向けた取り組みを行っています。


雨龍研究林の長期観察林(左)。この箇所では1991年以降、樹木の動態、種子生産、フェノロジー、野ネズミの個体数など、多面的な長期観測を行なっています。野ネズミの調査によって、アカネズミの個体数変動がミズナラの種子生産に強く依存していることなどが明らかになっています(右)。


物質循環プロセスの調査。落葉や土壌、河川水における物質の動きや水質変化を調べることで、森林生態系の環境保全機能を明らかにしようとしています。


コナラの葉を食べる蛾幼虫(左)と、苫小牧研究林でのリターフォール操作実験(右)


林内に掘削した池での操作実験(左)。両生類幼生(右)の生活史戦略や生態的機能について調べています。


天塩研究林における炭素循環観測サイトの様子(左)。写真中央に高さ30mの観測タワーを設置し、森林の伐採や植林活動が炭素をはじめとした物質の循環に及ぼす影響を明らかにしています。また景観スケールの森林資源量や炭素固定能の評価を行い(右)、森林管理活動との関係を明らかにしています。

電熱線を用いたミズナラ成木の温暖化操作実験。高さ約20mの枝と、樹木周囲の地中温度を2007年から継続的に温め続けています。林内の観察用クレーンやリモートセンシング機材などを活用することで、葉や枝の応答の直接的な観察や生理応答の非破壊的な検出を行っています。

葉の化学成分の温暖化応答。樹木表面の近赤外画像を撮影・解析することで、葉に含まれている化学物質(フェノール)の面的な変化を推定できます。この画像では、虫に対する防御物質としても働くフェノールの含有量が温暖化処理によって高くなっていることがわかります。
苫小牧研究林におけるシカ密度操作実験。シカのいない柵内(右)と高密度区(左)で比較すると、シカの採食圧の違いで下層植生の密度や構成が大きく変化していることがわかります。

中川研究林の照査法試験地。持続可能な森林施業法を明らかにする目的で1966年に設定された。面積110ha、合計4万本に達する立木を対象とした長期観測をもとに、リモートセンシングの結果も重ねあわせて、生態系サービスの保全を考慮した森林の管理方法について研究を行っています。

担当教員紹介

生物多様性分野

Naoki Agetsuma, Professor
哺乳類生態学・森林生態学;哺乳類、生態、森林、生息地、人為撹乱、適応

Masahiro Nakamura, Professor
群集生態学;昆虫-植物の相互作用、地球温暖化、林冠、地理変異、大規模野外実験

Jun Uetake, Associate Professor
微生物生態学;環境DNA、バイオエアロゾル 、土壌物質循環、氷河生態系、気候変動

Osamu Kishida, Associate Professor
進化生態学;表現型可塑性、捕食者-被食者、両生類、誘導防御、適応

Seikan Kurata, Assistant Professor
植物分類学・系統地理学;保全遺伝、高山植物、
分布変遷、人為撹乱

Minoru Kasada, Assistant Professor
群集生態学・進化生態学; 個体群動態、進化、生物多様性、保全、生態学データ解析

生態系機能分野

Kentaro Takagi, Professor
農林気象学;炭素循環、水循環、フラックス、北方林

Tatsuro Nakaji, Professor
樹木生理生態学;森林計測、リモートセンシング、環境応答

Mutsumi Nomura, Assistant Professor
水文学;森林水文、雪水文、河川流出、融雪、水収支

Mitsuru Ohira, Assistant Professor
河川生態学・地形学;森林撹乱、流域管理、水生
昆虫、魚類

地域資源管理分野

Toshiya Yoshida, Professor
森林生態学;森林施業、森林動態、混交林、生物多様性保全、造林学

Makoto Kobayashi, Associate Professor
樹木生理生態学;北方林、ツンドラ、土壌、気候変動、生物地球化学

Satoshi Suzuki, Associate Professor
森林科学、生態学、森林動態、森林管理、北方林、気候変動、生物多様性

Cha Joo Young, Associate Professor
造林学;森林再生、キノコ、菌根菌、タイガ林、熱帯林

Karibu Fukuzawa, Associate Professor
生物地球科学;生態系機能、物質循環、土壌、ササの機能

Course in Agro-Ecosystem Science

Reliable and efficient agricultural management systems are required to make sure of stable and future sustainable food production.In the Agro-Ecosystem course, staff belonging to the Experiment Farm and Livestock Farm in the Field Science Center for Northern Biosphere, Hokkaido University offer education and research programs on the characterization of agricultural lands and clarification of relationships between environments and biological production in agricultural lands as well as the development and utilization of available agricultural resources to ensure sustainable agriculture production and renewable energy production.
We do research into the establishment of crop and livestock production systems suitable for cool climatic regions such as Hokkaido.
We also do research into genetic improvement of crops and livestock.
Two lectures are offered. One is an Advanced Course in Environment and Management in Crop Production, in which students will understand characteristics of biological, chemical and physical environments in agricultural land and facilities, and learn how to improve the environments of agricultural land in terms of both productivity and sustainability.
The other is an Advanced Course in Environment and Management in Livestock Production, in which students will understand characteristics of environments in grasslands and barns, and learn about environment creation, supply of feeds and waste treatment systems for livestock production.


Course HP ->  https://www.fsc.hokudai.ac.jp/farm/agroecosystem/


静内研究牧場では肉牛の放牧を実施し、草地の土壌環境、肉牛の生育や食肉品質等に関する調査研究をしています。
コムギの栽培試験
左側:不耕起、右側:耕起
極東ロシアで北海道と共通する絶滅危惧植物の調査
小果樹類の育種に関する研究
絶滅危惧植物の保全研究における協力について、韓国の植物園と協議
生物生産研究農場の全景
林間放牧地での北海道和種馬放牧:牧場では森林 – 草地 – 耕地からなる470ha の牧場用地を用い土地利用型の家畜生産システムについて生態系との関係も含めて研究しています。
実験牛の健康状態のモニタリング:採血の様子
越冬前の圃場における土壌採取の様子
放牧地で飼育中の実験牛
耕作放棄地等の未利用地の放牧活用のため、測位衛星と連携した首輪センサーによる牛の行動モニタリング(写真)、地球観測衛星における放牧地の画像解析、および遠隔自動給餌機等(写真)のIoTによる放牧管理システムの開発研究を行っています
初期成長期(胎児期や新生児期)の代謝プログラミングを活用した牛の飼養システムの開発研究をしています。

Staffs

Yoichiro Hoshino, Professor
園芸作物、生殖、植物遺伝資源、小果樹


 地域の植物遺伝資源に着目して、その評価と利用に関する研究を行っています。特に北海道の環境に適した植物遺伝資源に着目し、小果樹のハスカップやラズベリーなどのベリー類の野生遺伝資源調査、多様性解析、栽培法の確立、機能性成分の分析、野生種を用いた種間雑種育成の研究を行っています。また、花卉園芸植物の受精メカニズムの解析、組織培養等の研究を進めています。

Takafumi Gotoh, Professor
家畜栄養生理学、家畜生体機構学、代謝プログラミング、和牛、IoT&Space放牧管理システム、牧草牛肉
 ウシは本来ヒトが消化できない植物中繊維質を分解吸収し、タンパク質源として食肉を生産し、ヒトに供給する物質循環機能を担う草食動物です。現在の牛肉生産は、高騰する輸入飼料の多量給与による経営困難、糞尿の処理問題、BSE 等食の安全、霜降り肉志向に硬直したマーケット及び飼養におけるアニマルウエルフェア等、多くのシフトすべき課題を抱えています。一方、日本は山地が多い上に荒廃農地や過疎化による限界集落の増加等、多くの問題も抱えています。しかし、そこには植物資源があります。新しい生物科学概念「代謝プログラミング」研究をシーズとして、ウシの代謝についてエピジェネティクスを応用した飼養方法で早期に制御し、飼料には日本の豊富な植物資源を放牧活用する研究しています。また、その飼養管理には先端ICT や宇宙技術を活用する研究を行っています。販売には、エシカル(倫理的な)ダイレクトマーケット構築を検討しています。このような取り組みにより、若い農業者が未来に希望をもち、産業として世界と戦えるような畜産業の構造改革を目指して、牛肉生産のシステムデザイン的研究を行っています。

Masahito Kawai, Associate Professor
家畜飼養学、家畜管理学、家畜行動学、
土地利用型家畜生産システム


 ウシとウマは同じ草食家畜でありながら、採食量や消化率といった飼料利用性、反芻の有無を含め、採食時間や放牧地での採食植物種、活動場所といった採食行動が異なります。こうしたウシとウマの採食および消化戦略を比較し、明らかにすることで、家畜種ごとに適正な放牧・飼養管理方法について検討します。また、土地利用型家畜生産システムとして、とくに森林や野草地を未利用飼料資源としてとらえた放牧に着目し、生態系を維持しつつ長期的、持続的に利用可能な放牧管理方法について検討します。

Koh Nakamura, Associate Professor
植物園学、絶滅危惧植物、保全遺伝・保全生態、植物地理・分類学


 世界の植物の20-50%が絶滅危機に瀕し、その保全は人類の最重要課題です。植物園を活用し、北海道・東北アジアの絶滅危惧植物の保全研究を行います。海外フィールド調査を行って国家間における絶滅危惧種の分類混乱を解消し、固有性と保全優先度をグローバルに評価します。そして、種の遺伝的多様性を守る自生地保全の枠組みを国境にとらわれずに決定して保全策に役立てます。さらに、植物園における実効的な生息域外保全の仕組み作りと社会実装の研究を行い、絶滅危惧植物の保全科学を確立します。

Yutaka Suzuki, Associate Professor
動物栄養生理学、消化管機能、腸管免疫、細菌叢


 主要家畜であるウシの消化管は出生直後では未発達であり、牧草などの飼料を消化する能力が低い状態にあります。消化機能の鍵となる共生微生物や、宿主の消化管組織が発達するメカニズムを明らかにし、ウシが持つ資源変換能力を高めることを目指した研究を行っています。腸管防御機能に関する研究も行っており、免疫機能が未熟な子牛の生育をサポートすることで生産ロスや環境負荷を低減し、効率的な飼養・生産システムへの貢献を目指しています。

Toshiyuki Hirata, Assistant Professor
局所環境、時空間動態、作付体系、草地生態学


 近年の作物生産では、原料の枯渇懸念による肥料価格の高騰や水資源の不足による生産コストの増加、肥料・農薬や温室効果ガスの圃場外への流出に対する懸念などへの対応が求められています。これらの問題に対し、北海道の栽培環境に適応した作物の栽培様式の効率化を中心として研究に取り組んでいます。現在は、低投資・低環境負荷型の作付体系として、緑肥作物の有効的利用や耕耘を行わない不耕起栽培の効果について総合的な評価を行っています。

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    Graduate School of Env.Science
    Division of Biosphere Science
    Hokkaido University
    N10W5 Sapporo
    Hokkaido 060-0810

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北海道大学 大学院 環境科学院 / 地球環境科学研究院

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