環境DNAとは｜水一杯で海の生き物がわかる仕組み

環境DNA（eDNA）とは何か——生き物が水中に残す「痕跡」

粘液・鱗・排泄物に宿るDNAの断片

生き物は水中で常に体の一部を放出している。魚の粘液や鱗、排泄物、卵、あるいは死骸の欠片には、その個体固有のDNAが含まれる。これらが水中に漂う微量のDNA断片の総体が「環境DNA」だ。数リットルの水をフィルターでろ過し、そこに残ったDNAを増幅・解読すれば、実際に生物を見ることも捕まえることもなく、その水域に「何がいたか」を突き止められる。海水・淡水を問わず使える点も強みで、河川の源流から外洋の沿岸まで、同じ手法で横断的に調べられる。

なぜ「捕まえずに」種がわかるのか

解析は大きく2通りある。特定の1種だけを狙って調べる「種特異的検出法」と、水中に含まれる多種のDNAを一度に読み取る「メタバーコーディング（網羅的解析）」だ。前者はリアルタイムPCRで狙った種のDNA濃度を測り、希少種や外来種の有無を高感度に判定する。後者はMiFishのような専用プライマーで増幅したDNA断片を次世代シーケンサー（NGS）で大量に読み取り、既知の魚類DNAデータベースと照合することで、その水域に生息する魚類相全体を一覧化する。

生物へのダメージがないという利点

捕獲調査や刺し網、潜水目視は多かれ少なかれ生態系への負荷を伴う。網にかかった個体が死んでしまう、希少種を誤って傷つけてしまうといったリスクは避けられない。環境DNA調査は水を汲むだけで完結するため、生物には一切触れず、生息環境を乱すこともない。絶滅危惧種や産卵期の個体群を調べる際にも安心して使える、非侵襲的な手法であることが大きな特長だ。

環境DNAは驚くほど早く分解する

ただし環境DNAは無尽蔵に水中へ残り続けるわけではない。龍谷大学などの研究チームがブルーギルを使った飼育実験で調べたところ、20℃の条件下で環境DNA濃度が半分になるまでの時間はわずか6.7時間と推定された（Maruyama et al., 2014, PLOS ONE）。つまり検出されたDNAは「その場に最近まで生き物がいた」ことを示す、鮮度の高い証拠なのだ。

対象は魚類だけではない

環境DNAという名前から魚専用の技術と思われがちだが、実際に検出できる対象はもっと幅広い。プライマーの設計次第で、甲殻類・貝類・両生類・海藻・プランクトン、さらにはジュゴンやスナメリのような海生哺乳類まで対象にできる。この記事で紹介するセトウチサンショウウオやジュゴンの事例も、それぞれ専用のプライマーが開発されたことで初めて可能になった調査だ。

「疑われた発見」——環境DNA調査の夜明け

2008年、フランスからの一本の論文

環境DNAという発想が世界に広まる転機は2008年、フランスの研究者フィチェトラ（Ficetola）らが発表した論文だった。彼らは池の水を分析するだけで、そこに生息する外来種のウシガエルの有無を判定できることを示した。それまで捕獲や目視に頼るしかなかった水生生物調査に、まったく新しい選択肢が生まれた瞬間だった。生物のDNAを使って個体群の存在を推測する発想自体は1980年代から一部の研究にあったが、野生の水生生物を対象にここまで実用的な形で示したのは、この論文が初めてだったとされる。

2011年、日本生態学会での冷ややかな反応

日本でこの手法にいち早く着目したのが、神戸大学の源利文だ。2011年3月、日本生態学会で環境DNAについて発表したが、ほとんど関心を持たれなかったという。「細胞の外に出たDNAはすぐに分解する」というのが当時の生物学の常識で、水中に検出できるほどのDNAが漂っているとは信じてもらえなかった。その後、源をはじめ龍谷大学の山中裕樹、千葉県立中央博物館の宮正樹、東北大学の牧野渡、北海道大学の荒木仁志、島根大学の高原輝彦ら国内の研究者が連携し、手法の確立と応用を一気に押し進めていくことになる。わずか数年のうちに、懐疑論の的だった技術が国のプロジェクトや自治体の定例調査にまで採用される主要な調査手法へと変わっていった。

PCRという基盤技術があったからこそ

環境DNAの検出を支えているのが、微量のDNAを数百万倍に増幅する「PCR（ポリメラーゼ連鎖反応）」という技術だ。もともとは医療現場での病原体検査や親子鑑定などに使われてきた枯れた技術だが、環境中にごく微量しか存在しない生物のDNA断片を検出可能なレベルまで増やせるからこそ、環境DNA調査は成立する。感染症検査で広く知られるようになったPCRが、まったく違う分野である生物多様性調査の裏方としても活躍している。

神戸の里山で見つかった希少サンショウウオ

それでも源は調査を重ね、神戸市北区の小河地区で、レッドリスト掲載種のセトウチサンショウウオの生息地を、環境DNA分析だけで発見するという成果を挙げる。捕獲の難しい希少種の存在を、水を汲むだけで確認できることを示した具体例として、その後の研究の広がりを後押しした。

日本発MiFish法——魚類まるごと検出の切り札

宮正樹と「マイフィッシュ」プライマーの開発

魚類をまとめて検出するために欠かせないのが、増幅したい遺伝子領域を狙い撃ちする「プライマー」と呼ばれる短いDNA断片だ。千葉県立中央博物館の宮正樹らのチームは、あらゆる魚類に共通する保存領域に挟まれた変異の大きい領域を増幅する専用プライマーを開発し、自身の名にちなんで「MiFish」と名付けた。2015年に成果が発表されると、国内外の研究に急速に広まり、欧米の研究チームが開発した同種のプライマーと比較しても遜色ない、あるいはそれ以上の検出力を持つことが示されている。

沖縄美ら海水族館での実証実験

MiFish法の精度を検証するため、研究チームは沖縄美ら海水族館の大型水槽4つで飼育されている魚種が既知という条件のもと、水を汲んで解析する実験を行った。その結果、実際に飼育されている魚種の93%以上を環境DNAだけで正しく検出できることが確かめられ、手法の信頼性が示された。この実証実験が、後に紹介する沖縄のサンゴ礁での大規模な野外調査につながっていく。

沖縄のサンゴ礁で291種を検出した世界初の事例

水槽実験から5年、沖縄美ら島財団・千葉県立中央博物館・兵庫県立大学の研究チームは、沖縄県本部町備瀬の礁池（イノー）11地点で採取したわずか海水11リットルから、合計291種の魚類を検出することに成功した。サンゴ礁域という生物多様性がとりわけ高い環境で、メタバーコーディング法を用いた調査としては世界初の事例とされる。潜水調査だけでは見落とされがちな、岩陰や砂中に隠れる小型種・夜行性種まで拾い上げられる点が示された。

採水から結果が出るまでの工程

MiFish法を用いたメタバーコーディング解析は、採水後のろ過・DNA抽出・PCR増幅・次世代シーケンサーによる読み取り・データベース照合という複数の工程を経る。通常は結果が出るまでに数週間程度を要するが、現地に何日も滞在してダイバーを潜らせ続ける従来の潜水調査と比べれば、現場での拘束時間ははるかに短い。この「現場は数分、解析は数週間」という分業が、全国規模の調査を可能にしている。

調査の手引きを見る環境省 生物多様性センター「環境DNA調査」環境DNA分析技術の解説と調査マニュアルを公開する公式ページ。🔗 biodic.go.jp

全国528地点・1,220種——海流が語る日本の魚類分布

77地点の定点観測と市民ボランティア

日本各地の沿岸・河川・湖沼を結ぶ環境DNA観測網が「ANEMONE（All Nippon eDNA Monitoring Network）」だ。2017年に東北大学の近藤倫生らが中心となって始動し、大学・研究機関・自治体・企業が協力して全国77地点で定期観測を行っている。加えて、NPO法人アースウォッチ・ジャパンの呼びかけで集まった約200名の市民ボランティアが146地点で調査に参加し、専門家だけでは到底カバーできない地理的な広がりを実現した。開始以来の調査総数は4,298回、検出された魚種は885種にのぼり、2022年6月には観測データが「ANEMONE DB」として世界初の無償公開データベースとなった。参画企業の顔ぶれも幅広く、日本郵船・近海郵船といった海運会社は定期航路上で毎月の海水サンプリングに協力し、宮城県南三陸町のように自治体が地域の海の変化を見守る目的で加わっているケースもある。研究機関だけでは維持できない観測網の広さと継続性を、こうした多様な担い手が支えている。

528地点調査が明らかにした海流と魚類分布の関係

さらに大規模な取り組みとして、2026年2月、東北大学・海洋研究開発機構の変動海洋エコシステム高等研究所（WPI-AIMEC）を中心に、千葉県立中央博物館・北海道大学・京都大学・神戸大学・九州大学・島根大学・龍谷大学・鹿児島大学・かずさDNA研究所など多数の機関が参加した共同研究が発表された。日本全国の沿岸528地点から環境DNAを採取した結果、短期間の調査にもかかわらず1,220種もの魚類の分布が明らかになり、これは既知の日本産魚類の約44％にあたる。1地点あたり最大118種が検出された場所もあり、地点ごとの種数の違いから、黒潮や対馬海流といった海流の働きが魚類分布を大きく左右している実態が浮かび上がった。

観測データベースを見るANEMONE（All Nippon eDNA Monitoring Network）全国77地点の環境DNA定点観測網。2017年以降の調査4,298回・検出885種のデータを無償公開。🔗 sites.google.com

自治体による継続モニタリング——神戸市の海域魚類調査

国のプロジェクトだけでなく、自治体レベルでも環境DNAは定着しつつある。神戸市は「豊かな海」の再生に向けた取り組みの一環として、下水処理場の栄養塩類管理運転が海域の生物多様性に与える効果を確認するため、2020年度から継続的に環境DNAによる海域魚類調査を実施している。2020年度は22地点で年6回、2022年度以降は毎月11〜12地点で調査しており、検出魚種数は2020年度167種、2022年度200種、2023年度183種、2024年度192種、2025年度165種と推移している。同じ地点・同じ方法で毎年調べ続けられる点は、捕獲調査では難しい継続的なモニタリングを可能にしている。

希少種の発見と外来種の追跡——eDNAが現場を変える

「存在するだけ」を確認できる希少種調査

絶滅危惧種は個体数が少なく、捕獲調査では見つけられないまま「生息していない」と誤って判定されるリスクがある。環境DNAなら微量のDNAさえ検出できれば生息の可能性を示せるため、希少種の生息確認や再発見に向いている。

沖縄で進むジュゴンの環境DNA調査

沖縄近海に残る絶滅危惧種ジュゴンは、個体数がきわめて少なく目視での生息確認が難しい。研究チームはジュゴン由来のDNAだけを特異的に検出するPCRプライマーセットを開発し、2020年以降、沖縄島周辺の海水を対象にDNA検出を試みているが、ジュゴンのDNA量が極めて微量かつ分解されやすいこともあり、海水からの直接検出には現時点で至っていない。一方、2022年7月には名護市久志沿岸で見つかったジュゴンの糞を分析したところDNAが検出され、沖縄県による調査で大浦湾周辺海域でのジュゴンの痕跡が確認されたのは初めてだった。海水そのものよりも、糞や食み跡といった「濃縮された」試料の方が、個体数の少ない大型海棲動物では検出に有利であることを示す事例といえる。

全国31都府県でブラックバスの拡大経路を追う

オオクチバス（ブラックバス）は北米原産の肉食魚で、日本では特定外来生物に指定され、在来の魚類や甲殻類を捕食して生態系のバランスを崩すことが問題視されてきた。どこまで分布が広がっているかを正確に把握することは、駆除や拡散防止の対策を立てるうえで欠かせないが、全国を網羅する捕獲調査には膨大な人員と時間がかかる。ここでも環境DNAが力を発揮する。2026年5月、大阪大谷大学・国立環境研究所・水産研究・教育機構など8機関の共同研究チームは、東北地方から中国・四国地方までの31都府県・121地点で環境DNAを採取し、オオクチバス・フロリダバス・コクチバスというブラックバス類3種の分布実態を調べた。その結果、87地点で少なくとも1種のブラックバス類のDNAが検出され、種ごとに異なる拡大パターンが浮かび上がった。

全国分布データが対策の優先順位を変える

こうした分布データは、限られた予算をどこに振り向けるかという政策判断にも直結する。まだ侵入が確認されていない、あるいは侵入初期段階の水域を優先的に監視・防除すれば、定着してしまってからの大規模駆除よりもはるかに少ないコストで拡散を食い止められる可能性が高い。環境DNAは「今どこにいるか」だけでなく「まだいない場所」を確認する手段としても、外来種対策の現場で重宝されている。

駆除効果の「その後」も水で確かめる

滋賀県水産試験場と龍谷大学の共同研究では、瀬田川河口・洗堰周辺で行われた外来種チャネルキャットフィッシュの駆除作業の効果を検証する際に、環境DNA分析が捕獲調査より高い感度で個体数の減少を捉えられることが確かめられた。駆除後に本当に数が減ったのかを、網を入れずに確認できる点は、限られた予算で対策を続ける現場にとって大きな意味を持つ。ジュゴンの保全についてはジュゴンはなぜ絶滅危惧種になった？でも詳しく取り上げている。

海の生物多様性調査を変える——潜水・トロールとの比較

労力とコストを大幅に削減する

潜水目視調査やトロール網による採集調査は、専門知識を持つダイバーや漁船・人員を必要とし、天候や水深、透明度にも左右される。一方、環境DNA調査は水を汲んでフィルターに通すだけで完了するため、短時間で広い範囲を、しかも生物へのダメージなく調べられる。全国528地点の調査が短期間で実施できたのも、この手軽さゆえだ。民間の分析会社に採水・解析を委託した場合、5地点程度の調査でおよそ15万〜20万円というのが一つの目安とされ、潜水士を手配する本格的な生物調査と比べて日程調整や天候リスクも小さい。

深海の未知の生息地も見つける

環境DNAは既知の生物の分布把握だけでなく、新たな生息地の発見にも役立つ。海洋研究開発機構（JAMSTEC）では、駿河湾で環境DNA分析を行った結果から、珍しい深海魚ヨコヅナイワシの未知の生息地の可能性が示され、研究者の矢吹彬憲らが実際にカメラを投入して撮影に成功した例がある。潜水艇や無人探査機を闇雲に投入する前に、環境DNAで「あたり」をつけられることは、深海調査のコストと時間を大きく左右する。

検出できるもの・できないものの限界

ただし万能ではない。環境DNAは「いる／いない」の判定は得意でも、そこに何匹いるかという個体数や年齢構成、体長までは基本的にわからない。またDNA濃度は水流や希釈の影響を受けるため、生息密度の高さをそのまま反映するとは限らない。近縁種同士でDNA配列が似ている場合、種の判別が難しいケースもある。神戸大学などの研究では、環境DNA分析から個体数そのものを推定する手法の開発も進められているが、まだ発展途上の分野だ。

次の技術「環境RNA」への期待

龍谷大学の山中裕樹らのグループは、環境DNAよりもさらに分解されやすい「環境RNA」に着目した研究を進めている。RNAは生きた細胞でしか作られ続けないため、DNAより短命な分、「今まさに生きている」個体の存在をより鋭敏に反映できる可能性がある。生理状態の推定など、次世代の応用が模索されている。

従来調査との「併用」が現実的な選択肢

現場の研究者の多くは、環境DNAを潜水調査やトロール調査の「代わり」ではなく「補完」として位置づけている。まず環境DNAで広範囲をスクリーニングし、希少種や外来種の反応があった地点だけを重点的に潜水・捕獲調査するといった段階的な使い方をすれば、限られた予算と人員でも精度の高いモニタリングが実現できる。全国528地点の調査や神戸市の継続モニタリングも、こうした「まず環境DNAで当たりをつける」発想の延長線上にある。

世界に広がるeDNA——五大湖のコイ対策から見える応用

アメリカ五大湖を脅かすアジアンカープ

環境DNAの応用は日本にとどまらない。アメリカでは、ミシシッピ川流域から北上し五大湖への侵入が懸念されてきたハクレン・コクレンなどの外来魚「アジアンカープ」の監視に、環境DNAが中心的な役割を果たしてきた。五大湖の漁業は年間およそ70億ドルの経済活動を生み出しているとされ、旺盛な食欲と繁殖力を持つアジアンカープが定着すれば在来魚の減少や漁獲量の急減を招きかねないと懸念されている。侵入の最前線がどこまで迫っているかをいち早く知ることが、対策の成否を分ける。

2009年から続く大規模サンプリング

米国陸軍工兵隊（USACE）・魚類野生生物局（USFWS）・地質調査所（USGS）は2009年以降、シカゴ水路網やエリー湖西部盆地を中心に2,822件の水サンプルを採取し、アジアンカープの侵入前線を監視し続けている。2016年には精度向上とコスト削減を目的とした3か年の較正研究（ECALS）も完了し、手法の標準化が進んだ。

2008年の論文が起こした連鎖

この米国での取り組みも、もとをたどれば2008年のフランスの論文がきっかけだった。研究者の間で論文が共有され、在来種を脅かす外来魚の監視という差し迫った課題に応用されたことで、環境DNAは一気に実用技術として認知されるようになった。日本と米国、それぞれ独立に発展してきた研究が、いまや互いの手法を参照し合う関係になっている。国際学術誌「Environmental DNA」には日米欧の研究成果が並んで掲載されるようになっており、一つの発見が国境を越えて次の応用を生む好循環が、この15年で確かに育ってきた。

eDNA調査が抱える課題と今後

コンタミネーション（汚染）のリスク

微量のDNAを扱うがゆえに、採水器具や検体の取り違えによる汚染（コンタミネーション）が結果を左右しかねない。器具の使い回しや空気中の塵からの混入を防ぐため、現場では使い捨て器具の使用や作業手順の標準化が徹底されている。

種特異的検出とメタバーコーディングの使い分け

狙った1種を高感度に調べたいのか、その水域の魚類相全体を把握したいのかによって、選ぶべき解析手法は異なる。目的に応じた手法選択と、複数回のサンプリングによる裏付けが、誤検出・見逃しを減らす鍵になる。

データベースと標準化の必要性

検出されたDNA配列を種名に変換するには、既知の生物のDNA配列を網羅したリファレンスデータベースが欠かせない。データベースに登録されていない種は「検出されても種名までは特定できない」ことになるため、国内外での配列登録の充実と、採取・解析手法の標準化が今後の課題として指摘されている。環境DNA学会のような専門団体が、調査・実験マニュアルの整備を通じてこの課題に取り組んでいる。

市民が集めたデータの信頼性をどう担保するか

ANEMONEのように市民ボランティアが採水を担う調査では、専門の研究者だけで行う調査に比べて手順のばらつきが生じやすい。これに対し、採水器具を統一する、手順書を写真付きで配布する、複数人が同じ地点で採水して結果を突き合わせるといった工夫で、データの質を一定水準に保つ努力が続けられている。市民科学の裾野を広げることと、データの科学的な信頼性を両立させることが、この分野が抱える継続的な課題だ。

国際規格ISO 17805:2026の策定

標準化の動きは国内にとどまらない。欧州連合（EU）は河川・湖沼の生態系の状態を評価する水枠組み指令（Water Framework Directive）の運用強化にあわせ、環境DNAの採水方法を定めた国際規格「ISO 17805:2026（水質—環境DNA採取方法）」を2026年に発行した。採水器具の取り扱いやコンタミネーション対策など、これまで研究機関ごとにばらつきがあった手順を国際的に揃えることで、異なる国・機関が集めたデータを比較しやすくする狙いがある。日本の研究者が培ってきた知見も、こうした国際標準化の議論に取り込まれつつある。

学会の活動を見る一般社団法人 環境DNA学会調査・実験マニュアルの整備や標準化を進める国内の学術団体。🔗 ednasociety.org

わたしたちにできること——市民科学としてのeDNA

研究機関だけでは足りない「目」を増やす

日本の海岸線は約3万5千キロメートルにおよび、研究者と予算だけでその全域を定期的に調べ続けるのは現実的に難しい。市民一人ひとりが自宅近くの水辺で採水し、それを積み重ねることで初めて、全国規模の連続的なモニタリングが実現する。環境DNAが「誰でも参加できる調査」になり得たのは、専門的な生物同定の訓練を受けていなくても、正しい手順で水を汲みさえすれば十分な質のデータを提供できるという、この技術ならではの特性による部分が大きい。

誰でも参加できる水辺の調査

ANEMONEのように、専門家でなくても採水という形で調査に参加できる仕組みが広がっている。NPO法人アースウォッチ・ジャパンは2022年度に50地点、2023年度には100地点で市民参加型の調査を実施する計画を掲げるなど、市民科学としての裾野も年々広がっている。日本各地で広がる市民参加型の生きもの調査については、市民科学とは？だれでも参加できる生きもの調査と、集まったデータの使われ方でも詳しく紹介している。

身近な川や海を「バケツ一杯」で見る

自宅近くの川や海岸で汲んだ水一杯が、そこに生きる魚や希少種、あるいは外来種の存在を語ってくれるかもしれない。海の外来種問題全般については海の外来種はどこから来る？バラスト水とムラサキイガイ・カニ類の脅威と対策も参考になる。

採水キットと分析の流れ

市民参加型の調査では、あらかじめ滅菌された採水ボトルとフィルターが配布され、指定された地点で水を汲んでろ過し、冷蔵・冷凍した状態で研究機関に送るという手順が一般的だ。専門的な実験器具を自分で扱う必要はなく、正しい採水方法さえ守れば、小学生から大人まで参加できる。集まった検体は大学や分析会社の実験室でDNAが抽出・解析され、数週間から数か月後に結果がデータベースへ反映される。