サンゴの骨格形成過程で生じる結晶微粒子を可視化 --サンゴ骨格の立体構造に関与する石灰化中心--北里大学

サンゴは炭酸カルシウムを主成分とした立体的な骨格を作ります。サンゴの表面に分布するポリプの口の近くで、垂直方向に成長する骨格は「隔壁（かくへき）」と呼ばれ、サンゴ種の判別にも用いられる重要な部位です。サンゴ骨格の形態形成に関与する成長部には石灰化中心が存在し、隔壁の形成に関係することも地球化学的な観点から研究が進んでいました。




北里大学海洋生命科学部の大野良和特任助教、安元剛講師、海洋生命科学研究科の高橋有南大学院生（修士課程１年）、国立研究開発法人 産業技術総合研究所（以下「産総研」という）環境調和型産業技術研究ラボ (E-code)の井口亮主任研究員らの研究グループは、日本電子株式会社、琉球大学、自然科学研究機構 生理学研究所自然研究バイオフォトニクス研究部門と共同で、生体のサンゴ稚ポリプの石灰化中心の直接観察に成功しました。この成果は、2024年8月6日付で、Frontiers Media S.Aが刊行する「Frontiers in Marine Science」に掲載されました。


■研究成果のポイント
・サンゴ稚ポリプの石灰化中心の形成過程の撮影に成功
褐虫藻を体内に保有していないサンゴ稚ポリプを研究に使用し【図1】、サンゴの隔壁形成【図2】の初期で発生する石灰化中心の形成過程を報告しました。
・サンゴ稚ポリプの隔壁形成の開始時には結晶微粒子が出現することを報告
石灰化中心の発生初期には微粒子が出現し、その後、繊維状の炭酸カルシウム結晶が成長する様子を記録しました【図3】。
・サンゴ組織内で隔壁成長部の微粒子を可視化
サンゴを含む海洋生物の骨格形成過程に関する研究で、走査型2光子励起レーザー顕微鏡（以下、2光子顕微鏡）を使用したことも本研究の特徴です【図4】。本研究では、サンゴ稚ポリプの口側（上部）より、隔壁の石灰化中心に存在する微粒子の動態観察に成功しました。


■研究の背景
　サンゴの骨格は年輪を刻みながら成長するため、数百年間の環境記録を保持し、気候変動の高解像度での長期復元に有用です。サンゴの炭酸カルシウム中には、カルシウムの他に微量元素が含まれており、これらの濃度は、水温や塩分などに応じた熱力学的な法則に支配されるため、古環境の復元（過去の海洋のｐH、温度、イオン組成など）に利用されています。しかしながら、サンゴは、生物学的に制御された骨格を造ることが、近年の研究で分かってきました（関連記事①）。特に、隔壁などの石灰化中心と呼ばれる場所は生物的な作用を受け、微量元素の組成が変化してしまうことから、そのメカニズムについて地質学的、地球化学的な観点から研究が盛んに行われてきた背景があります。また、造礁サンゴのみならず、深海などに生息する非造礁サンゴにも石灰化中心が存在し、研究が先行していました。サンゴの骨格は、化石として産出するため、サンゴ種の判別や進化の歴史をたどり、地質時代の古環境の推定にも役立てられています。
　一方で、サンゴの生理学的な研究はまだ発展途上で、骨格形成のメカニズムもいまだよく分かっていません。本研究では、サンゴを生きたまま顕微鏡により長時間撮影を行い、サンゴの隔壁の形成メカニズムの一端を明らかにしようと試みました。