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FIAS_context_series_09
FiaS context series vol.9 Vol.9 – No. 福岡市産学連携交流センター 「イベント知識化」 シリーズ （第9巻） 第14回 ＦiａＳ*セミナー 主催：福岡市 （兼）第5回 ISITナノテク先端セミナー （財）九州先端科学技術研究所（ISIT） （兼）第2回 ISIT産学連携先導プログラム 共催：九州大学未来化学創造センター （兼）第45回未来化学創造センターセミナー 日時2009年11月24日（火）15:00～17:20 （*福岡市産学連携交流センター： 会場：福岡市産学連携交流センター（FiaS） Fukuoka industry-academia Symphonicity） 「空と水と土と、そして私たち（その１）」 三上正男 博士 （気象庁 気象研究所 第二研究室長） 「黄砂・環境・人間社会のえにし（縁）と共生」 後藤貴文 先生 （九州大学大学院 農学研究院 久住高原農業実験実習場 准教授） 「輸入飼料に頼らない日本の草で育った和牛肉はいかがですか？ 」 ～ 環境適応型グラスフェッド牛草地放牧のインパク ト～ okabe Photo@ コーディネーターからのメッセージ 空や水や土など広大な空間と長い時間にまたがるテーマに関して、科学技術者がどのようなアプローチを開始しているかを知るためのセミ ナー企画：「空と水と土と、そして私たち」の第１回目。今回選んだテーマは、黄砂研究（気象庁の三上正男室長）と、動物本来の生命力に基 づいた肉牛飼育の新手法（九州大学農学部の後藤貴文准教授）の二つです。 三上博士は、風送ダスト（黄砂）の日中共同研究ＡＤＥＣの日本側代表であり、ダスト発生メカニズムの解明および全球数値モデルによる放 射強制力（地球温暖化傾向の尺度）の評価により、風送ダストの発生、全プロセスの総合的観測評価、地球規模の気象への影響を世界に先 立って明らかにされました。砂漠でのフィールドワークの過酷さ、膨大なデータから現象解明に至る研究の醍醐味、地球規模での物事の考え 方など、多くの示唆を得ることが出来ました。 一方、後藤先生は、子牛の初期成長期の栄養環境を制御することで、草資源（粗飼料）でも穀物・トウモロコシ類（濃厚飼料）を餌とする場合 に優るとも劣らない肉質の向上が可能になるという新概念「代謝生理的インプリンティング」を提唱されています。インプリンティング処理によ る遺伝子発現傾向の変化や第一胃袋（ルーメン）内の微生物の種類や活力の変化などを他大学と共同で研究するとともに、久住高原にある 実験牧場で自説の実証実験を行っています。さらに、食肉生産に関して環境保全・食の安全・労働の軽減、流通面では消費者と生産者が生 きた情報でつながるシステムなどを構想され、地球環境や人の健康に適合した食肉生産の明日を創造する研究を続けらてれております。 九州先端研ＩＳＩＴ次長 栗原 隆 / TEL：092-852-3460 / e-mail： [email protected] ＜FiaS_context_series＞は、伊都キャンパスで実施された「九州大学化学系セミナー」、福岡市産学連携交流センター（FiaS） にて開催された講演会・研究会・イベントのうち、主催者および講師のご厚意を得た講演に関して、そのエッセンスをFiaS交流 ホール展示スペースにて、公開・配布を行う試みです。皆様のご研究活動の一助となれば幸いです。 日時：2009 年11月 日時：2009年 11月24日（火） 24日（火） 午後3 午後3時～5 時～5時20分 20分 場所：福岡市産学連携交流センター 今回は、黄砂研究のフィールド活動を通じて地球スケール・地球史スパンで自然の営みを観てこられた気象庁の三上博士、健康な食肉提供の視 点から子牛の体質改善や草地放牧を通じた農業・環境・流通の革新に取り組まれている九州大学の後藤先生をお招きしました。 豊かな土壌の形成、川・湖・海・大気の浄化や清らかさの維持など、広大な空間と長い時間にまたがる課題に関して、科学技術が効果的な解決 策を生み出すには、まだまだ至っていません。例えば、砂漠を本質的に豊かな農地に変えること、光化学スモックを迅速に解消にすること、水域に 広く分散してしまった廃棄物や有用資源を任意に再回収すること、などです。 司会・進行：栗原（九州先端研） また、本セミナーを通じて、参加して頂ける皆様方が今従事されているそれぞれのお仕事に少しでも関わりそうな発想が得られること、地域産業（農業、モノづくり、 サービス、そして第４の産業）の未来に向けてヒントになりそうな何かが得られることなどを期待しております。 両先生のご研究の概要と豊かなご経験やトピックス等をご紹介いただくと同時に、各ご講演の後半には、冒頭で述べましたような観点から、先生方のご研究がどのよ うな波及効果を可能性として秘めておられるのか、ナノテクをはじめとする科学技術に今後何を期待されるか等をご示唆願おうと考えています。 開催主旨 参加費 無料 17:05-17:20 まとめと閉会挨拶 16:15-17:05 九州大学大学院農学研究院 久住高原農業実験実習場 後藤貴文准教授 「輸入飼料に頼らない日本の草で育った和牛肉はいかがですか？ 」 ～ 環境適応型グラスフェッド牛草地放牧のインパク ト～ 16:05-16:15 休憩 15:15-16:05 気象庁 気象研究所 第二研究室長 三上正男博士 「黄砂・環境・人間社会のえにし（縁）と共生」 15:00-15:15 開会挨拶と開催主旨 空と水と土と、そして私たち （その１） 共催：九州大学未来化学創造センター 西鉄ビルマネージメント（株） 兼：第５回ナノテク先端セミナー、第２回産学連携先導プログラム、第４５回未来化学創造センターセミナー 主催：福岡市、九州先端研ISIT 第１４回福岡市産学連携交流センターセミナー 黄砂・環境・人間社会の縁と共生 ダストストーム（砂塵嵐） 気象研究所 三上正男 エアロゾル： 大気中に浮遊する微粒子 OPC SPC 38um Suspension 長距離輸送 654um （東大竹川博士作成図を元に改変） Saltation 20um 70um Short-term 500um （青山学院大三井先生） 海を渡る黄砂 地球を一周するダスト Transport of Mongolian dust to N. America in April 2001. This image was made by compositing several days of TOMS data. (NASA) 京都にサハラのダスト(黄砂)が 飛来する (Tanaka et al., Atmos. Envi. 2005) 九州大鵜野教授作成(Uno et al.,2009, Nature Geoscience) 何が温暖化を引き起こしているのか 九州大鵜野教授作成(Uno et al.,2009, Nature Geoscience) 日射放射の 散乱吸収 雲粒子数 の増加 霧雨の 抑制 雲頂高度 の増大 雲寿命 の増加 地球が温暖化する傾向を測る尺度として、「放射強制力」が使われる．これは、地球ー大気全体のエネ ルギーのバランスをどれだけ変化させるかを示すもので、＋（正）なら地表面を昇温させる（暑くする）働き を、−（負）なら降温させる（冷やす）働きを示している． 加熱による 雲の消散 タクラマカン砂漠 タクラマカン タクラマカン砂漠 砂漠 地表面における における粒子 粒子の 地表面 における 粒子 の運動 Forces acting on a particle on the surface Fl > creeping (>500 μm) Air Flow Fd > saltation (70-500 μm) > suspension (<70 μm) F Fi Fd: Aerodynamic drag 粒子を引き離す力 Fl: Aerodynamic lift Fg: Gravity force 粒子を結びつける力 Fi: Inter-particle cohesive forces Fiv : van der Waals force Fie : electrostatic force Fic : capillary force Fich : chemical binding force Fg ダスト粒子の大気中への 飛散はサルテーション 粒子の地表面への衝 突によって生じる ➛ saltation bombardment Fd∝d2 Fl ∝d2 Fg∝d3 Fi ∝d Q ( Shao, 2000) Q: Streamwise Saltation Flux (sand: 70~500µm) ある風速以上で粒子を引き離す力が結 びつける力を超えたときに粒子は舞い 上がる（〜100µm前後、青い部分）． →摩擦速度、粒径、（土壌水分） F: Dust Flux (dust: < 20µm) SPCの開発 Observation in Mongolia 原理：レーザー発振子とディテクター 間を通過する粒子による信号変化 から粒子の粒径と個数情報を得る． (Schmidt, 1977) 測定レンジ：38 µm to 654 µm with 32Ch 測定時間間隔：毎秒 SONIC SONIC T/RH T/RH Profile Profile Rnet Rnet PM10 PM10 Wind Wind Profile Profile Visibilit Visibilit yy Soil sampling Vegetation Soil Soil M M Soil Soil T T Soil Soil Heat Heat 旧型(左）と 新型(右） SPC 2002年 年4月5日のダストストーム 2002 U3^^3 600 400 1500 9 10 9 1200 6 10 9 3 10 9 0 10 0 サルテーション U3^^3 900 mass80.6 Particle Count (N/sec) 84µm sum Nr^3 Sheet1 5:54:56 PM 02.5.28 800 200 600 169µm 0 12:20 300 12:30 12:40 12:50 Time (April 5 2002, UT) 13:00 13:10 13:20 0 104.15 SPCにより初めて捉えられた飛砂飛散量変動 (84µm, 169µm) >>SPC proved to be available for the saltation process study -3 10 9 -6 10 104.45 9 U3 (Mikami et.al., JGR 2005) 104.2 104.25 104.3 104.35 104.4 #TIME(UTC) タクラマカン砂漠砂礫砂漠上の観測（2002年3月14日） 全球黄砂Modelによるダスト発生量沈着量分布 ダストの ダストの過程 全 発生分布 長距離輸送過程 自由大気（上空） 沈着量 ~2200 Mt/yr 気候への影響 気候への影響 乾性沈着 湿性沈着 ダストストーム 湿性 落下 沈着 沈着（落下） ダストの舞い上がり 強風 重力 大気環境問題 大気環境問題 大陸の砂漠乾燥地帯 (Tanaka and Chiba, JMSJ 2005) ダスト（ ダスト 黄砂 海洋 プランクトン 肥料 黄砂））が が海洋プランクトン 海洋プランクトンの 肥料となっている ダスト（（黄砂） プランクトンの の肥料となっている となっている e.g. 雪氷面へのダスト沈着→アルベドへの影響 • エーロゾルが積雪に不純物として 混入すると… 積雪面のアルベドが低下 放射を吸収しやすくなり、加熱 の効果 積雪が融けやすくなる 積雪面が減少 さらにアルベド低下 という正のフィードバックによって影響 が大きくなる可能性がある 2004年3月12日，黄砂直後の札幌の積雪写真。 Iron needed for enzymes that facilitate electron transport, O2 transport and other important functions. Clean snow (C-sample) Jan. 3, 2006 Dust Dirty snow with dust (D-sample) Mar. 13, 2004 Bulk conc. = 495 ppmw, EC=2.1 ppmw ダストと気候系を取り結ぶ多様なプロセス 積雪面 Apr Feb 植生 spring summer (Kurosaki and Mikami). 人為起源ダスト(黄砂)と表土の風成浸食 1930年代前半、北米中央部では旱魃が続きそれに伴いダストストームが頻発し、多くの 農民は農地を離れ都会に流れざるを得なくなった（ダストボウルの1930年代）． 人間活動がダストの 発生を加速する オーストラリア南東部の半乾燥域では、農地の不適切な管理や過放牧により荒廃化した 広大な農地でダストストームが頻発し、農業に甚大な影響を与えている． 耕地の不適切管理によるダストの発生 アマゾンの森林伐採 2001年6月1日 モンゴル：過放牧 画像提供：MODIS Rapid Response Project at NASA/GSFC ダスト（黄砂）の功罪 1. 沙漠・乾燥域の最大の自然災害 2. 粒子状物質として大気環境を悪化☂ アジアの黄砂が北米の環境基準値を悪化させている 3. 気候への影響（温暖化をわずかに抑制？）☀/☂ 日射・放射を散乱し、大気をわずかに冷やす方向へ☀ 極東アジアなど局所的には大きな効果→モンスーンへの影響 ダストの氷晶化→絹雲形成（第一種効果）☀/☂ ダストの雲粒子化→水雲形成、降水（第二種効果）． （温暖化を加速？）☂ 雪面に沈着したダストのアルベド効果→融雪の加速☂ 4. 酸性雨の緩和☀ ダスト粒子はアルカリ性→大気汚染による酸性雨を中和 5. 二酸化炭素の吸収を加速☀ 海洋に落下するダスト→プランクトンの増殖 →大気の二酸化炭素を吸収 →DMS放出し雲・降水を作る 金星 暴走する大気 システムとして システムとして地球 として地球を 地球を理解する 理解する → 微分から 微分から積分 から積分へ 積分へ 母なる地球 なる地球 ☞地球史の中でダストは常に存在し続けた →地球史：全ての演者が関係する巨大な劇場 ☞ダストは地球という自然の要素の一つ →「善・悪」「損・得」は馴染まない 火星 消えた大気 ☞人間活動がダスト発生を加速する →大量消費社会が「地球史」を変えつつある 人間は 人間はダストとどう ダストとどう共存 とどう共存するか 共存するか？ するか？ 識る 大気の厚さ＝地球をサッカーボールに 例えると、0.2mm以下（ラップの厚さ） Faculty of Agriculture 九州大学 牛肉生産システム 牛肉生産システムにおける システムにおける戦略 における戦略 Kuju Agricultural Research Center KYUSHU UNIVERSITY 草食動物の物質循環機能と先端技術を高度活用した 日本独自の環境保全的で持続的な生産システムの構築： 日本型フードチェーン 日本型フードチェーン・ フードチェーン・システムの システムの構築 草での飼養 での飼養に 飼養に適した牛 した牛をつくる ウシにおける ウシにおける代謝生理的 における代謝生理的インプリンティング 代謝生理的インプリンティング機構 インプリンティング機構のさらなる 機構のさらなる 解明とより 解明とより効果的 とより効果的な 効果的な戦略の 戦略の探究 生物と 生物と環境 （東北大学、北海道大学、家畜改良セン ターおよび大分県と共同研究中） 新しい飼養技術 しい 飼養技術： 飼養技術： ウシの ウシの体質制御、 体質制御、 代謝生理的インプリンティング 代謝生理的インプリンティング 放牧管理 国内草資源の 国内草資源のフル活用 フル活用： 活用： 耕作放棄地の の活用 耕作放棄地 ◎その効率を上げる新しい飼養方法： 日本型フード 日本型フード・ フード・チェーン Nature New technology 国内の粗飼料と穀物飼料 ＩＴ技術 ＩＴ技術を 技術を活用した 活用した 高度放牧管理システム 高度放牧管理システム excrement (fertilization) 牛肉生産 Q beef Return or Recycle 還元とリサイクル ＮＴＴ、パナソニックおよ びＭＳＫ農業機械と共 同研究中 安全性と品質管理 新しい肉質評価 しい肉質評価と 肉質評価とマーケットの マーケットの創出 粗飼料（草資源）での飼養でも、肉量と肉質を良好にする 新しい飼養法はないか？ 太る体質はできないか？ ➢ 新しいコンセプトが必要 DOHaD (Developmental Origin of Health and Disease)に裏 づけされた、 代謝生理的インプリンティング という概念 Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD) :胎生期から乳幼児期にいたる栄養環境が，成人期あるいは老年期における a生活習慣病の発症リスクに影響する可能性を示唆する概念。 1944年秋から約半年間ナチスドイツによる出入港禁止措置のためオランダの一部の 地域で極度の食料難に陥り1人当たり700キロカロリーまで栄養摂取が落ち込んだと され“Dutch famine” と呼ばれている。その際、妊娠初期においてDutch famine に遭 遇した妊婦から生まれた子供は、疫学的調査により成人後に肥満や心血管障害発症 のハイリスク群であるという報告がされている。（Kyle UG, 2006） 母体内での栄養環境の暴露 母体疾患 低出生体重児 （2500 g以下） 心血管障害 母体喫煙 妊娠中の低栄養 妊娠前の体重減少 背景因子 パラメーター エンドポイント (伊東, 2008) 結果 : マイクロアレイ解析により抽出された高栄養処理の影響を 受けた Pathway群（10カ月齢）→現在、全成長ポイントのデータ を解析中 体質制御により２倍以上の発現上昇を示した遺伝子を有意に含むpathway群 Pathway群 (Up regulation) P-value count Pyruvate metabolism (20) 0.0000 4 Insulin signaling pathway (78) 0.0003 5 Fatty acid biosynthesis (4) 0.0004 2 Carbon fixation (14) 0.0053 2 Biosynthesis of unsaturated fatty acids (14) 0.0053 2 PPAR signaling pathway (54) 0.0085 3 ルーメン（草食獣の特殊な胃）の解析 初期成長期の代謝生理的インプリンティングの効果 ルーメン発酵に違いは？ 総VFA、プロピオン酸または酪酸の増加 育成期 プロピオン酸（糖新生の基質） 酪酸（ルーメン上皮発達促進） 肥育後期 総VFAとプロピオン酸 菌叢の発達は？ 育成期の菌叢変化 ↓ 同一粗飼料に切り替えた後 も異なる菌叢を維持 体質制御により２倍以上の発現低下を示した遺伝子を有意に含むpathway群 Pathway群 （Down regulation） P-value count Cell adhesion molecules (CAMs) (87) 0.0158 5 Renin-angiotensin system (14) 0.0233 2 Leukocyte transendothelial migration (71) 0.0326 4 Retinol metabolism (2) 0.0343 1 Tryptophan metabolism (19) 0.0415 2 初期成長期の 初期成長期の栄養環境により 栄養環境により、 により、多くの遺伝子群 くの遺伝子群の 遺伝子群の発現が 発現がドラマチックに ドラマチックに変化する 変化する。 する。 初期成長期の飼養条件はルーメン菌叢を変化させ、エネ ルギー供給を高める可能性がある 耕作放棄地放牧の普及のための先端IT技術を活用した 放牧管理システムの開発 【基本構成概要】 本事業では 本事業ではウシ ではウシの ウシの行動的特性を 行動的特性を基盤として 基盤として先端 として先端ＩＴ 先端ＩＴ技術 ＩＴ技術を 技術を活用して 活用して、 して、耕作放棄地の 耕作放棄地の牛放牧における 牛放牧における遠隔地管理 における遠隔地管理シ 遠隔地管理シ ステム、 ステム、すなわち牧場内 すなわち牧場内に 牧場内にＷｅｂカメラ Ｗｅｂカメラを カメラを設置し 設置し遠隔地からでも 遠隔地からでも放牧牛 からでも放牧牛を 放牧牛を集め、監視・ 監視・管理出来る 管理出来るシステムの システムの実証研 究を行い、新規システム 新規システムを システムを構築する 構築する。 する。これにより耕作放棄地 これにより耕作放棄地の 耕作放棄地の効率的な 効率的な管理と 管理と現場への 現場への普及 への普及の 普及の促進を 促進を強力に 強力に推進 し、地域農業の 地域農業の活性化を 活性化を目指す 目指す。 総括および 管理下トレーニング 総括およびウシ およびウシの ウシの放牧馴致と 放牧馴致とIT管理下 管理下トレーニング担当 トレーニング担当： 担当：九州大学 NTT西日本 防災用無線ITアンテナ NTT西日本担当：IT用インフラ ASP （約２．９ｋｍ～） インターネット 大分県現地インフラ パナソニック担当 パナソニック担当 実験放牧地 Web カメラ NTT局 音声システム 自動給餌機 エム・ エム・エス・ エス・ケー担当 ケー担当 Faculty of Agriculture Introduction of Network Camera Kuju Agricultural Research Center The system to making take to feeding for grazing cattle by internet using PC. Voice/ Sound 電気牧柵モニタリングシステム KYUSHU UNIVERSITY Lamp ON/OFF Switch ON/OFF Watch ‥ Inside of the shed Sound from Remote PCs Call for cattle 霜降り牛 Watch ‥ Growth of cattle Operation of Devices To give feed automatically Q beef 草のみ牛 Operate ON/OFF 図 ＣＯ２ 排出量の 排出量の比較 Faculty of Agriculture Kuju Agricultural Research Center KYUSHU UNIVERSITY 安心・ 安心・安全な 安全な牛肉 こらからの食品マーケティング 環境 安全 皆で日本の国土や農地を 保全し、環境を守り、食の 安全を守り、農業を守ると いう強い意識 健康へ 健康へ の貢献 おいしさ 九州大学ブランドビーフ 九州大学ブランドビーフ 国内の 国内の農地を 農地を守る牛肉 BEEF 赤身の 赤身の美味しい 美味しい牛肉 しい牛肉 牛にやさしい 生産システム 生産システム 見た目 疾病の 疾病の予防に 予防に貢献する 貢献する 牛肉