魚類の骨におけるレアメタル濃集メカニズムの解明

• Project/Area Number: 21K20353
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0202:Condensed matter physics, plasma science, nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 江島 輝美 信州大学, 学術研究院理学系, 助教 (70712173)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 魚骨類 / イットリウム / コラーゲン / 軟組織 / フィッシュコラーゲン / 希土類元素 / 電位差滴定分析 / 透過型電子顕微鏡 / アパタイト / 重希土類元素 / 魚類の骨

Outline of Research at the Start

近年、資源として注目された深海底泥中の重希土類元素のホスト鉱物が、魚類の骨を構成するアパタイトであることは解明されているが、「重希土類元素を取り込みにくいアパタイトになぜ濃集が起こったのか」については未解明である。
申請者は、先行研究結果から魚類起源アパタイトの有機物組織が濃集メカニズムに関係する可能性が高いことを明らかにした。しかし、海洋生物の有機物組織は温度変化で容易に分解するため、現存する試料中の重希土類元素の存在状態や分布を調べるだけでは、濃集メカニズムは解明できない。そこで、本申請研究では予想される重希土類元素の濃集過程を実験により再現し、有機物の濃集メカニズムへの関与を実証する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、魚骨類における重希土類元素の濃集メカニズムを解明するために行った。主に、魚骨類の構成組織（軟組織）を用いて、重希土類元素の代表であるYの電離滴定分析およびの吸着実験を行う。これにより、深海底泥に産する魚骨類の硬組織（アパタイト）に本来選択的濃集が認められないはずの重希土類元素の濃集が起こるメカニズムを解明することを目的としている。
初年度は、魚骨類の構成物質であるコラーゲン（軟組織）にYが濃集した可能性があるため電離滴定分析を行った。その結果、コラーゲンとYに反応性が認められた。その後、コラーゲンのYの結合状態を確認するため赤外分光分析を行ったが、ピーク等の重複により明瞭な結果は得られなかった。
次年度は、実際に魚骨類にYを吸着させることで、どのような組織に選択的にYが濃集するかを調べた。魚骨類および比較のための合成アパタイト・沸石族鉱物をそれぞれ3種類の濃度の塩化イットリウム溶液に浸し、常圧から100MPaの圧力を加えた。その結果、合成アパタイトや沸石族では圧力と濃度に依存してYの濃集が確認できたが、魚骨類では圧力と濃度に関係なくYが濃集することが分かった。電子線微小部分分析装置による観察と組成分析の結果、Yの濃集箇所が骨などの硬組織ではなくコラーゲンなどの軟組織である可能性が極めて高いことも分かった。この事実は、魚骨類を構成する軟組織（コラーゲン等）に化学反応でYが濃集したことを示しており、前年度より行っているコラーゲンへのY電離滴定分析の結果と調和的である。しかし、現行の観察方法および解析方法では軟組織中のYの分布や結合状態を解明するためには不十分であるため（軟組織のどのような箇所に濃集したのかが不明であるため）、現在信州大学医学部および岡山大学歯学部のご協力を得て、軟組織・硬い組織の両方を観察することを目指して実験を行っている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

初年度に薬品等の納品の遅れにより大幅に実験計画が遅延したが、本年度は順調に実験計画を遂行できた。ただし、本年度は8月に出産予定であるため、現在の進行状況はやや遅れ気味であるが、出産後にすぐ復帰予定なので、遅れを取り戻したい。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、前年度行えなかった観察を中心に行っていきたい。また、妊娠及び出産により実験・分析ができない期間が発生するため、研究協力者の助力を得ながら研究を行っていきたいと考えている。本年度は、妊娠により実験および分析が思い通り進まない可能性があるため、その間は論文執筆に取り組みたいと考えている。また、復帰後にスムーズに研究が行えるよう研究計画を見直し、出産による産休前後でデータの解析やうまくいかなかった実験や分析の解決策を調べる等の時間を設け、後半に追加の実験・分析を行うよう計画を組みなおした。