大学教授・大島健蔵（久松信美）が都内の路地で何者かに刺殺され、警視庁捜査一課・十津川警部（高橋英樹）と亀井刑事（高田純次）は臨場する。第一発見者によると、被害者は「十津川…」と言い残して息を引き取ったという。大島は“ミトコンドリア学”の第一人者として有名な人物だったが、十津川はまったく面識がない…。戸惑いながらも捜査をはじめた十津川は、現場付近の防犯カメラに不審な男の姿が映っていたことをつかむ。
手がかりを求め、准教授・早瀬由美（黒谷友香）や研究を支援していたバイオ関連会社社長・中園宏司(中村俊介) に事情を聴いた十津川らは、驚愕の事実を知る。防犯カメラに映っていた男は、2人の幼なじみ・赤池庄五郎(松尾諭)に違いないというのだ。由美、中園、赤池の3人は北海道・新十津川町の出身で、3人は永遠の友情を誓っていたが、由美と中園は大学進学を機に上京。赤池だけが、地元に残って農業を継いだという。赤池は熱心に品種改良に取り組んでいたため、由美が農作物に詳しい大島教授を紹介したのだが、大島は品種改良の相談のために度々訪ねてくる赤池を“十津川のヤツ”と疎んじ、彼の取り組みを“小学生の自由研究レベル“と蔑んでいたらしい。大島教授が絶命寸前に残した言葉＝「十津川」とは、赤池のことなのか…!?
その後、故郷へと逃亡した赤池の足取りを追って、十津川と亀井も新十津川町へ。ところが、なんと赤池は猟銃を手に町役場に侵入、町の資産家・浦野典史（螢 雪次朗）らを人質に取って立てこもる。そこへ親友の暴走を止めようとした由美が駆けつけ、十津川は彼女をかばって赤池に銃口を突きつけられることに…！ 赤池は対峙する十津川に、「札沼線廃止を撤回しろ！」と無茶な要求を叫ぶのだが、はたして赤池の真意は…!? その直後、遠く離れた東京で、さらなる悲劇が起きて…!?