福田 康弘

本研究では、畑や水田、森林、草原、河川など様々な環境がある広大な東北大学農学研究科附属複合生態フィールド教育研究センター（以下FSC）に、主な複数のスタディサイトを儲ける。これにより、ほぼ同一の気候条件の異なる環境で生息する原生生物の生態構造をとらえられ、本研究の主要な目的である土壌周辺を含む生態系での原生生物の流れを詳しく解析できる。また、原生生物の探索は、環境DNAのライブラリによる分子生物学的手法を基軸に行い、その類縁解析は、最新で再精密の分子系統解析を用いる。また、原生生物の生理活性は、mRNAによる環境RNA解析を用いる。ここでは、DNA複製酵素など分裂と関わる分子の遺伝子、あるいはHSPなどの恒常的発現遺伝子などの遺伝子量と、またそれらの系統解析により、生態系で活発な原生生物種を同定できる。

水産地域で排出される有機性廃棄物は水分を多く含むため、焼却に多大なエネルギーを要する。このような廃棄物の有効処理法としてメタン発酵がある。メタン発酵は嫌気性微生物の発酵によるメタンガス生産であるが、微生物活性を維持するために、反応槽を加温する必要がある。 これまでメタン発酵は、投入エネルギーと生産エネルギーの収支をプラスにするため、大規模システムが当然とされた。しかし、初期投資が数十億円と莫大であり、原料となる有機性廃棄物の調達コストが高い、原料不足が問題となっている。さらに、維持費も大きく、建設しても持続的維持が不可能になる課題があった。東北地方の沿岸域はリアス式海岸で、それぞれの港を含む水産地域は、小さな集落でまとまっているため、従来の大規模システムの導入は不適である。 本研究では、これまでメタン発酵で課題となっていた加温の投入エネルギーを水産加工業からの（煮蛸やしらすをゆでる時、乾燥,冷蔵冷凍時に無駄にされる）排熱を活用し、メタン発酵装置を温め、これまで不可能とされていたメタン発酵槽の小型化・省エネルギー化を可能にし、より安価で簡便にメタン発酵装置を小規模地域に導入し、地域内で水産地域由来の廃棄物系バイオマス処理をかねた分散型エネルギー生産を可能にすることを目的としている。 加えて、地域からの廃棄物を見える形で循環化し、町からの海への環境負荷を省コストに減らし、災害に強く、海を守りながら、低炭素型の持続可能な生活を可能にする町づくりを目的としている。 これにより、水産地域では、これまで廃棄物処理に係った処理コストを削減し、自立的エネルギー生産を可能になるだけでなく、いざというときの緊急電源および廃棄物処理システムを常備した町づくりにするものである。

生活や生産で排出された有機性廃棄物の新たな処理方法として、微生物を利用した省エネルギーの処理が確立しつつあり、また生成品であるコンポストや消化液には肥料としての価値が期待されている。これら生成品について多くの研究が行われ、肥料として一定の評価が与えられた。だが、これら生成資材は莫大な微生物を含有し、投入による土壌生態系の撹乱は不可避と想定される。しかし生態系に対する影響、特に土壌の原生生物へ注目した研究はない。 本研究は、コンポストや消化液を肥料成分とした視点でなく莫大な微生物の集合体と見なし、使用に伴う土壌生態系の変化を、特に原生生物を中心に観る。解析は、生息する原生生物を直接観察する手法、土壌のDNAやRNA抽出による網羅的解析、また構築モデル系によるメタボローム解析など、新旧の生物学的手法を用いて行い、微生物資材の与えるミクロな生態系への影響を評価する。