In deep-sea reducing environments, such as hydrothermal vent fields and cold seep areas, biological communities with huge biomass are often observed. Such communities associated with bacterial chemosynthesis, which are composed of species endemic to these environments, are founded with hydrothermal activities and succeed with changes of activities. Over a longer timescale, genetic deviations among local populations and speciation occur during the course of a series of activities and finally new faunal groups diverged. We attempt to estimate the ages of various hydrothermal phenomena on various timescales from 10 to 10⁷ years on the basis of the evolutionary ecology of animals endemic to hydrothermal vents as part of the “Taiga project”. In this paper, we introduce communities in hydrothermal vent fields and describe the principals of methodologies for age estimation, which we are now planning, and the expected results.

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The bacterial endosymbionts of the solemyid clam Acharax johnsoni and the thyasirid clam Parathyasira kaireiae, collected from the Japan Trench, were characterized. Transmission electron microscopic observations showed numerous bacteria in the epithelial cells of the gill tissues of A. johnsoni. Numerous bacteria were also visible in the gill tissues of P. kaireiae, but were not located within the epithelial cells. Phylogenetic analysis based on the 16S ribosomal RNA gene sequences from the gill tissues of both clams indicated that the bacteria were related to sulfur-oxidizing endosymbionts from deep-sea chemosynthetic environments. The symbiont of A. johnsoni formed a monophyletic group with the thioautotrophic symbiont of Solemya reidi, which lives relatively deeper than other solemyid clams. The symbiont of P. kaireiae formed a monophyletic group with symbiont II in Maorithyas hadalis, which lives in the hadal zone of the Japan Trench. In addition, four vesicomyid species living relatively deeper than other vesicomyid clams also have a specific clade of thioautotrophic symbionts. Bacterial chemotrophic endosymbionts as well as the mode of symbiosis might influence host distributions in deep-sea chemosynthetic ecosystems.

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　2010年に南部マリアナ前弧の海溝に続く水深約5600 mの斜面にシロウリガイを主とするが発見され、その一帯はShinkai Seep Field (SSF)と名付けられた。SSFは、これまでにが知られている熱水噴出孔やメタン湧出域と全く異なるテクトニックな背景を持っており、マントルかんらん岩の蛇紋岩化反応に伴って発生する水素やメタンによって微生物硫酸還元が行われ、そこで発生する硫化水素を利用して硫黄酸化細菌が一次生産を行っていると考えられている。しかし、実際にこの群集を支えているエネルギー源に関する地球化学環境の解明は行われていない。よって、本研究ではSSFのシロウリガイ群集を支える化学エネルギーの起源を、安定同位体地球化学的手法を用いて検討した結果を報告する。

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IODP331次調査は，深海熱水域における海底熱水直下生命圏の直接証明を目指し，沖縄トラフ伊平屋北フィールドの海底熱水噴出域の掘削・コアサンプルの回収，人工熱水噴出孔の創成を行った．3つのサイトにおいて人工熱水噴出孔を創成するとともに，1つのサイトには掘削によって創成された新しい熱水噴出孔を形成した．掘削後5年以上に渡るポストドリリング研究から，人工熱水噴出孔における熱水の噴出パターンや鉱物沈殿の形成パターン，熱水の化学組成や沈殿物の鉱物組成の時間的変動が明らかになり，海底硫化金属鉱床成因に対する重要な科学的知見を提示するだけでなく，今後の現場計測や海底工学実験，海底金属資源開発における新しい可能性を提示した．また，世界で初めて科学掘削による環境変化が熱水

に及ぼす影響が調べられた結果，掘削によって熱水噴出パターンに大きな変動が観察され，に新しい生息場の提供と移住をもたらすことが明らかになった．

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日本海溝陸側斜面の水深5295 mから6290 mにわたる6地点の冷水湧出生物群集に出現する軟体動物について, 詳細な分布を観察し, 動物相を他のと比較し特徴づけた。これらの地点からの固有種として出現したのは, 二枚貝類のナギナタシロウリガイCalyptogena phaseoliformis, ナラクシロウリガイCalyptogena fossajaponica, カイレイハナシガイParathyasira kaireiae, スエヒロキヌタレガイAcharax johnsoni, 腹足類のカイコウケシツブシタダミRetiskenea diploura, カイコウハイカブリニナProvanna abyssalis, シンカイハイカブリニナProvanna shinkaiaeであった。カイコウツムバイBayerius arnoldiとガラスコロモガイAdmete tenuissimaも出現したが, これらはに固有な種でなく侵入種と思われた。優占種は地点によって異なり, 底質が粒子の細かい堆積物(シルトや粗粒砂)の地点はナギナタシロウリガイ, 粒子の粗い堆積物(中礫)の地点ではナラクシロウリガイが優占した。しかし, 両種が共優占種として群集を形成する場合は, 小型化する傾向が認められた。カイコウケシツブシタダミは粒子の細かい堆積物(シルト)内に形成されたナギナタシロウリガイのパッチ内に, 30 cm四方に100個体以上と高密度に分布していた。カイコウケシツブシタダミはNeomphalidaeの種として日本周辺のから初めて発見された。日本海溝の冷水湧出生物群集を構成する軟体動物の分布や動物相は, 東太平洋の冷水湧出生物群集と科や属レベルで共通性が高い。なかでもアリューシャン海溝(水深4500∿5000m)に類似していることが明らかとなった。

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Bivalves belonging to the families Vesicomyidae and Mytilidae, which thrive in deep-sea hydrothermal vents and cold seeps, live in symbiosis with chemoautotrophic bacteria. The present paper discusses the significance of differences in the life-styles of deep-sea bivalves and shallow-water ones, considering both those buried in the sediment and those attached to objects. The life-styles of bivalves that live buried in the sediment in shallow water are shaped by adaptations related to feeding on plankton and detritus, orientation, burrowing, and so on. Mussels living in shallow water use byssus to attach themselves to solid objects for feeding and orientation. The byssus also serves to protect them from strong wave action, preventing them from being swept off the rock surface. Deep-sea clams of the genus Calyptogena absorb hydrogen sulfide from the bottom at deep-sea hydrothermal vents and cold seeps. They do not feed on particulate matter. Deep-sea mussels of the genus Bathymodiolus attach themselves to chimneys and rocks, and to living and dead shells of the same species. Because of high hydrothermal vent activity, some of the chimneys grow 40 to 50 cm taller within a day. The surface structure of the chimneys and the temperature of their environment vary from day to day. In the case of the wave-free hydrothermal vent environment, tight attachment by byssus provides no advantage. The functional and/or ecological significance of the attachment is most likely different between shallowwater mussels and deep-sea ones.

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  相模湾は，フィリピン海プレートの沈み込み境界であり，伊豆弧の衝突域に隣接するため，非常に複雑なテクトニクスを持つ地域である．特に相模湾西部・初島沖は，比高約1000 mの海底崖の東麓にが分布している．本論文では，2005年5月および2006年1月に海洋研究開発機構の海洋調査船「かいよう」によるKY05-06航海およびKY06-01航海で実施された初島沖相模トラフの反射法地震探査の結果から，相模トラフ，特に初島沖周辺の地質構造を明らかにした．今回の探査では，初島沖で最大往復走時1.5秒までの海底下構造を捉えることができた．その結果より，初島沖相模トラフは3層の堆積層とその下位の伊豆半島の白浜層群に対比される音響基盤層に区分した．音響基盤層の白浜層群が2 Maまでに形成された地層であることから，本地域のトラフ充填堆積層は2 Ma以降に堆積したことになる．このトラフ充填堆積層中で，流体・ガスの存在を示す2つの逆位相反射面の存在が認められた（Horizon AおよびB）．また，トラフ充填堆積層中で連続的な変形構造の存在が認められた．この変形は，基盤層深部に分布する断層の伏在，もしくはマグマの貫入などに起因すると考えられる．加えて，トラフ充填堆積層中で音響的に透明な柱状構造が認められた．この柱状構造は，堆積層中で認められた負の極性を示す反射面と総合的に考えると，流体やガスから構成されるダイアピルと結論づけた．また本研究で明らかになった本地域の地質構造および柱状構造は冷湧水域での高熱流値と関連性があることが示唆された．

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Relationships between polychaetes living in the mantle cavity of bivalves and their hosts were examined in a hydrothermal vent and a cold seep in the Ryukyu Islands region, and also cold seeps in the Japan Trench. The polynoid polychaete Branch ipolynoe pettibonae inhabited the mantle cavity of more than 85% of individuals of the mytilid bivalve Bathymodiolus platifrons from the Hatoma Knoll of the former area. One polychaete individual was observed in each bivalve. There was a tendency for the size of the polynoid polychaetes to increase with the size of the host bivalve. The same species was observed to inhabit the mytilid bivalve Bathymodiolus sp. short-type from the Kuroshima Knolls of the Ryukyu Islands region, and this is the first record of this polychate living in a cold seep. The nautiliniellid polychaete Nautiliniella calyptogenicola inhabited the mantle cavity of more than 80% of individuals of the vesicomyid bivalve Calyptogena phaseoliformis from the Japan Trench. One to eight polychaetes were observed to live in one bivalve. There was no relationship between the size of this nautiliniellid polychaete and the size of its host bivalve. More than half of the individuals were incomplete and more than 95% of all individuals had oocytes in the coelom. The thyasirid bivalve Maorithyas hadalis were collected from the Japan Trench, but no worms were found from them.

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海底熱水活動の継続時間は鉱床の生成に重要な要因となるだけでなく，近年，の進化生態への影響も注目されている．
ウラン・トリウム放射壊変系列のなかのいくつかの放射性核種を用いた年代測定が，これまで，中央海嶺周辺の熱水鉱床の閃亜鉛鉱などの硫化鉱物に適用されている．本研究では，海底熱水活動域の熱水噴出孔（チムニー）から採取した閃亜鉛鉱を主とする硫化鉱物のの放射非平衡年代測定のために，分析法を開発した．

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深海底の熱水噴出孔および冷湧水地帯周辺には,硫化水素およびメタン,あるいはこれらの両化学種を酸化してエネルギーを得る独立栄養細菌と体内共生し,これらが生産する有機物に依存するベントスが広く認められる.これらのエネルギー獲得戦略を明らかにするために,軟体部と,栄養源である硫化水素,メタンおよびアンモニアの炭素―窒素―硫黄同位体組成の変動と関連させながら,既往のデータに基づいて考察した.硫黄酸化細菌を共生させる種の炭素同位体組成は,溶存重炭酸(δ¹³C=0‰)がRubiscoの触媒作用によって還元されるために,おおよそ-35±5‰ 付近に収斂した.メタン酸化細菌を共生させている種は,メタンの多様な起源を反映して,著しく軽い軟体部(δ¹³C=-75‰)から,反対に著しく重いもの(δ¹³C=-19‰)まで観察された.メタン酸化細菌のみを体内共生させている種では,海水硫酸イオンが主要な硫黄栄養源であるために,海水硫酸イオン(δ³⁴S=+21‰)の取り込みに伴う動力学的な,負の同位体効果を伴って,軟体部のδ³⁴S値は,+13から+16‰ の比較的狭い範囲内に収まった.硫黄酸化細菌が共生する種のδ³⁴S値は,マグマ性硫化水素や硫酸還元菌による海水硫酸イオンの還元に由来する軽い硫化水素に対応して幅広い変動をした.硫黄酸化細菌およびメタン酸化細菌を同時に共生させる種の硫黄の安定同位体組成は,海水硫酸と局所的な硫化物態硫黄の2成分混合を示唆する中間的な値となった,陸生や浅海の生物群集の多くが,プラスのδ¹⁵N値を示す一般的な傾向とは異なり,のベントスの中には,かなり軽いδ¹⁵N値(-10‰ まで)を示すものがしばしば見出された.この軽い窒素が,給源窒素の特異性に由来しているのか,あるいは共生細菌一宿主間の代謝過程を通じての窒素同位体分別の結果に由来するか明らかにすするためには,今後は生息環境中のアンモニアの窒素同位体組成の測定値が不可欠である.

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長い間人々は, 超高水圧下におかれた深海環境は砂漠のような世界で, 生物密度の稀薄な場所であると信じていた。しかしながら, 近年の大深度有人潜水調査船を利用した潜航調査により, そうした環境にも驚くほどの多様な生物が存在していることが明かとなった。本稿では, 筆者が重点的に調査を行っている三陸沖日本海溝深度6400m∿7400mに存在する, 世界最深部のにおける環境-微生物-生物間のエネルギー化学物質の流れについて, 解説する。

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