Elucidation of the calcification mechanism inside the hermatypic corals

• Project/Area Number: 22740336
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Stratigraphy/Paleontology
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: NAKAMURA Takashi 東京工業大学, 大学院・情報理工学研究科, 東工大特別研究員 (20513641)
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2012: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2011: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2010: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 造礁サンゴ / 古環境復元 / 石灰化 / モデル / 数値シミュレーション / 炭素同位体比 / vital effect / 光合成 / ポリプモデル / 共焦点顕微鏡 / pH / イメージング

Research Abstract

To clarify calcification mechanism of hermatypic corals, a coral polyp model under more realistic and comprehensive assumptions on physical, chemical and physiological processes was developed. The mechanism of “light-enhanced calcification” phenomenon was clarified by the model study, and the simulation result of the model well reconstructed the phenomenon. Moreover to shed light on the “vital effect” of the skeletal records of carbon stable isotope ratio, a carbon isotope module for the coral polyp model was developed and it was incorporated into the polyp model. The modified model reconstructed reasonable values and clear seasonal variations of skeletal carbon isotope ratio.

Research Products

• [Journal Article] A coral polyp model of photosynthesis, respiration and calcification incorporating a transcellular ion transport mechanism (2013)
  • Author(s): Nakamura, T., K. Nadaoka and A. Watanabe
  • Journal Title: Coral Reefs Volume: (in press) Issue: 3 Pages: 779-794
  • DOI: 10.1007/s00338-013-1032-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimation of uncertainty for massive Porites coral skeletal density. (2013)
  • Author(s): Sowa K., Watanabe T., Nakamura T., Sakai S., Sakamoto T.
  • Journal Title: JAMSTEC Report of Research and Development Volume: 16 Pages: 31-39
  • NAID: 130003378068
  • URL: http://www.godac.jamstec.go.jp/catalog/doc_catalog/gd_metaview_d.php?catalog_name=jamstec_r&data_name=JAM_RandD16_04&lang=en
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimation of uncertainty for massive Porites coral skeletal density (2013)
  • Author(s): Sowa K., Watanabe T., Nakamura T., Sakai S., Sakamoto T.
  • Journal Title: JAMSTEC Report of Research and Development Volume: 16 Pages: 31-39
  • NAID: 130003378068
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualization of sub-daily skeletal growth patterns inmassive Porites corals grown in Sr-enriched seawater. (2012)
  • Author(s): Shirai K., Sowa K., Watanabe T., Sano Y., Nakamura T., Clode P.
  • Journal Title: Journal of Structural Biology Volume: 180 Issue: 1 Pages: 47-56
  • DOI: 10.1016/j.jsb.2012.05.017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Studies on deep groundwater changes for detecting the precursors of anticipated large earthquakes off Miyagi Prefecture: (2011)
  • Author(s): 鹿島雄介, 南須原美恵, 中村隆志, 山内 常生, 大槻憲四郎
  • Journal Title: The Journal of the Geological Society of Japan Volume: 117 Issue: 8 Pages: 451-467
  • DOI: 10.5575/geosoc.117.451
  • NAID: 130001271457
  • ISSN: 0016-7630, 1349-9963
  • Year and Date: 2011-08-15
  • Peer Reviewed
• [Presentation] サンゴ礁の炭素循環研究への溶存無機炭素安定同位体比の応用 (2013)
  • Author(s): 宮島利宏, 渡邉敦, 中村隆志, 森本直子, 灘岡和夫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2013-05-23
• [Presentation] サンゴ骨格に記録される炭素同位体比のvital effectの実態解明に向けたサンゴポリプモデルの開発. (2013)
  • Author(s): 中村隆志, 灘岡和夫, 渡邉敦, 宮島利宏, 渡邊剛
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2013-05-20
• [Presentation] フィリピン国の沿岸生態系における地域的環境負荷と炭酸系動態. (2012)
  • Author(s): 渡邉敦, 宮 島利宏, 灘 岡和夫, 梅 澤有 , 森本直子, 山本高大, 土屋匠, 中村隆志, R. Gonzales, G.L. Regino, C.M. Ferrera, M.L.S.D. McGlone
  • Organizer: 第15回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-11-24
• [Presentation] 吹通川河口沿岸部におけるサンゴ礁海域への地下水流入特性 (2012)
  • Author(s): 森尚大, 灘岡和夫, Blanco A., 渡邉敦, 中 村隆志, 山本高大, 阿部友理子, 石垣島
  • Organizer: 第15回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-11-24
• [Presentation] サンゴの内部素過程を考慮したストレス応答モデルの開発. (2012)
  • Author(s): 中村隆志, 灘岡和夫, 渡邉敦, 宮島利宏, 中野義勝, 鈴木款, 樋口富彦
  • Organizer: 第15回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-11-23
• [Presentation] 高水温・強光と硝酸塩による複合ストレスと活性酸素生成. (2012)
  • Author(s): 樋口富彦, Casareto B.E., 中村隆志, Chumun P.K., 湯山育子, 石川義明, 藤村 弘行, 鈴木款
  • Organizer: 第15回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-11-23
• [Presentation] サンゴ内部モデルを用いた骨格中のδ13C記録の再現と古環境指標としての有用性の検討. (2012)
  • Author(s): 中村隆志, 灘岡和夫, 渡邉敦, 宮島利宏
  • Organizer: 日本地球化学会第59回年会
  • Place of Presentation: 九州大学(福岡県)
  • Year and Date: 2012-09-11
• [Presentation] Effect of environmental change on Porites growth during the last 100 years. (2012)
  • Author(s): Watanabe T., Yamazaki A., Kawamura T., Isasa J., Nakamura T., Sowa K., Iwase F., Nomura K., Sugihara K., Abe O., Sakamoto T., Murayama M., Yamano H.
  • Organizer: 12th International Coral Reef Symposium
  • Place of Presentation: Cairns, Australia
  • Year and Date: 2012-07-13
• [Presentation] A coral ecosystem model: short-term responses against the multiple stresses. (2012)
  • Author(s): Nakamura T., Watanabe A., Nadaoka K., Nakano Y., Yamamoto S., Yamamoto T., Miyajima T.
  • Organizer: 12th International Coral Reef Symposium
  • Place of Presentation: Cairns, Australia
  • Year and Date: 2012-07-12
• [Presentation] DOC dynamics analysis with a new biogeochemical reef ecosystem model (2012)
  • Author(s): Yamamoto T., Watanabe A., Nakamura T., Nadaoka K., Miyajima T., Tanaka Y., Suzuki Y., Casareto B., Blanco A.
  • Organizer: 12th International Coral Reef Symposium
  • Place of Presentation: Cairns, Australia
  • Year and Date: 2012-07-11
• [Presentation] Evidence of ocean acidification in seawater around Ishigaki Island. (2012)
  • Author(s): Watanabe A., Nadaoka K., Kayanne H., Nakamura T.
  • Organizer: 12th International Coral Reef Symposium
  • Place of Presentation: Cairns, Australia
  • Year and Date: 2012-07-09
• [Presentation] Mg-calcite dissolution rate determined by field observation and laboratory experiment. (2012)
  • Author(s): Yamamoto S., Kayanne H., Tokoro T., Kuwae T., Nakamura T., Watanabe A., Nadaoka K.
  • Organizer: 12th International Coral Reef Symposium
  • Place of Presentation: Cairns, Australia
  • Year and Date: 2012-07-09
• [Presentation] Trans-calcificationメカニズムを組み込んだ造礁サンゴの光合成・石灰化の内部モデル. (2012)
  • Author(s): 中村隆志, 灘岡和夫, 渡邉敦
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2012-05-09
• [Presentation] Local stressors and CO2 system dynamics in some coastal areas of the Philippines. (2012)
  • Author(s): Watanabe A., Miyajima T., Nadaoka K., Umezawa Y., Morimoto N., Yamamoto T., Tsuchiya T., Nakamura T., McGlone M.L.S.D., Regino G.L., Ferrera C.M.
  • Organizer: 1st Asia-Pacific Regional Symposium "Coastal Ecosystems Conservation & Adaptive Management in Response to Change
  • Place of Presentation: Quezon City,Philippines
• [Presentation] Seasonal and regional variability in nutrient inputs to sea surface by precipitation. (2012)
  • Author(s): Miyajima T., McGlone M.L.S.D., Umezawa Y., Nakamura T., Watanabe A., Regino G.L., Ferrera C.M., Morimoto N., Albino R.G., Garcia M.V.A., Siringan F.P., Uy W.H., Nadaoka K., Fortes M.D.
  • Organizer: 1st Asia-Pacific Regional Symposium "Coastal Ecosystems Conservation & Adaptive Management in Response to Change
  • Place of Presentation: Quezon City, Philippines
• [Presentation] Local stressors and CO2 system dynamics in some coastal areas of the Philippines (2012)
  • Author(s): Watanabe A., Miyajima T., Nadaoka K., Umezawa Y., Morimoto N., Yamamoto T., Tsuchiya T., Nakamura T., McGlone M.L.S.D., Regino G.L., Ferrera C.M.
  • Organizer: 1st Asia-Pacific Regional Symposium "Coastal Ecosystems Conservation & Adaptive Management in Response to Change"
  • Place of Presentation: Quezon City, Philippines
• [Presentation] Seasonal and regional variability in nutrient inputs to sea surface by precipitation (2012)
  • Author(s): Miyajima T., McGlone M.L.S.D., Umezawa Y., Nakamura T., Watanabe A., Regino G.L., Ferrera C.M., Morimoto N., Albino R.G., Garcia M.V.A., Siringan F.P., Uy W.H., Nadaoka K., Fortes M.D.
  • Organizer: 1st Asia-Pacific Regional Symposium "Coastal Ecosystems Conservation & Adaptive Management in Response to Change"
  • Place of Presentation: Quezon City, Philippines
• [Presentation] サンゴ礁生態系モデルの構築にむけて. (2011)
  • Author(s): 中村隆志, 渡邉敦, 灘岡和夫, 中野義勝, 山本将史, 山本高大, 宮島利宏
  • Organizer: 第14回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 沖縄県男女共同参画センターてぃるる(沖縄県)
  • Year and Date: 2011-11-05
• [Presentation] 保サンゴ礁砂地における流動環境を考慮したMg-Calcite の溶解メカニズム. (2011)
  • Author(s): 山本将史, 茅根創, 所立樹, 桑江朝比呂, 中村隆志, 渡邉敦, 灘岡和夫, 石垣島白
  • Organizer: 第14回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 沖縄県男女共同参画センターてぃるる(沖縄県)
  • Year and Date: 2011-11-05
• [Presentation] 流動付加制御機構付き新型チャンバーシステムの開発と応用 (2011)
  • Author(s): 灘岡和夫, 中村隆志, 渡邉 敦, 中野義勝, 山本将史, 宮島利宏, 鈴木 款, B.E. Casareto, 茅根 創
  • Organizer: 第14回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 沖縄県男女共同参画センターてぃるる(沖縄県)
  • Year and Date: 2011-11-05
• [Presentation] サンゴ礁生態系モデルの構築にむけて (2011)
  • Author(s): 中村隆志, 渡邉敦, 灘岡和夫, 中野義勝, 山木将史, 山木高大, 宮島利宏
  • Organizer: 第14回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 沖縄県男女共同参画センターてぃるる(沖縄県那覇市)
  • Year and Date: 2011-11-05
• [Presentation] 石垣島白保サンゴ礁砂地における流動環境を考慮したMg-Calciteの溶解メカニズム (2011)
  • Author(s): 山木将史, 茅根創, 所立樹, 桑江朝比呂, 中村隆志, 渡邉敦, 灘岡和夫
  • Organizer: 第14回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 沖縄県男女共同参画センターてぃるる(沖縄県那覇市)
  • Year and Date: 2011-11-05
• [Presentation] 流動付加制御機構付き新型チャンバーシステムの開発と応用 (2011)
  • Author(s): 灘岡和夫, 中村隆志, 渡邉敦, 中野義勝, 山木将史, 宮島利宏, 鈴木款, B.E.Casareto, 茅根創
  • Organizer: 第14回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 沖縄県男女共同参画センターてぃるる(沖縄県那覇市)
  • Year and Date: 2011-11-05
• [Presentation] 和歌山県串本町における長寿サンゴ骨格の酸素・炭素安定同位体比からみた成長履歴と環境適応. (2011)
  • Author(s): 井笹純平, 渡邊剛, 中村隆志, 阿部理 , 野村恵一
  • Organizer: 第14回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 沖縄県男女共同参画センターてぃるる(沖縄県)
  • Year and Date: 2011-11-04
• [Presentation] 裾礁型サンゴ礁域を対象とした3次元物質循環・低次生態系モデルの開発と溶存有機物動態特性の解析. (2011)
  • Author(s): 山本高大, 渡邉敦, 中村隆志, 灘岡和夫, 宮島利宏, 田中泰章, 鈴木款 ,B. E. Casareto, Ariel C. Blanco
  • Organizer: 第14回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 沖縄県男女共同参画センターてぃるる(沖縄県)
  • Year and Date: 2011-11-04
• [Presentation] 和歌山県串木町における長寿サンゴ骨格の酸素・炭素安定同位体比からみた成長履歴と環境適応 (2011)
  • Author(s): 井笹純平, 渡邊剛, 中村隆志, 阿部理, 野村恵一
  • Organizer: 第14回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 沖縄県男女共同参画センターてぃるる(沖縄県那覇市)
  • Year and Date: 2011-11-04
• [Presentation] 裾礁型サンゴ礁域を対象とした3次元物質循環・低次生態系モデルの開発と溶存有機物動態特性の解析 (2011)
  • Author(s): 山木高大, 渡邉敦, 中村隆志, 灘岡和夫, 宮島利宏, 田中泰章, 鈴木款, B.E.Casareto, Ariel C.Blanco
  • Organizer: 第14回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 沖縄県男女共同参画センターてぃるる(沖縄県那覇市)
  • Year and Date: 2011-11-04
• [Presentation] サンゴ礁形成のシミュレーションモデル:海水準変動に呼応した様々な成長パターンの再現. (2011)
  • Author(s): 中村隆志
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2011-05-24
• [Presentation] サンゴ礁形成のシミュレーションモデル:海水準変動に呼応した様々な成長パターンの再現 (2011)
  • Author(s): 中村隆志
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県千葉市)
  • Year and Date: 2011-05-24
• [Presentation] サンゴ礁生物群集の帯状分布パターンの解析と環境応答モデルの構築. (2010)
  • Author(s): 中村隆志, 渡邉 敦, 渡邊 剛, 灘岡和夫
  • Organizer: 日本サンゴ礁学会第13回大会
  • Place of Presentation: つくばカピオ(茨城県)
  • Year and Date: 2010-11-04
• [Presentation] サンゴ礁生物群集の帯状分布パターンの解析と環境応答モデルの構築 (2010)
  • Author(s): 中村隆志・渡邉敦・渡邊剛・灘岡和夫
  • Organizer: 日本サンゴ礁学会第13回大会
  • Place of Presentation: 茨城県つくば市
  • Year and Date: 2010-11-04
• [Presentation] 和歌山県串本の温帯域造礁性サンゴ骨格の酸素・炭素安定同位体比の変動. (2010)
  • Author(s): 井笹純平, 渡邊 剛, 中村隆志, 阿部理,野村恵一
  • Organizer: 日本地球化学会第57回年会
  • Place of Presentation: 立正大学熊谷校舎(埼玉県)
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Presentation] 和歌山県串本の温帯域造礁性サンゴ骨格の酸素・炭素安定同位体比の変動 (2010)
  • Author(s): 井笹純平・渡邊剛・中村隆志・阿部理・野村恵一
  • Organizer: 日本地球化学会第57回年会
  • Place of Presentation: 埼玉県熊谷市
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Presentation] A new method for estimating calcification rate of coral skeletons using a transparent X-ray 2D-imaging scanner (TATSCAN-X1) in conjunction with geochemical analyses (2010)
  • Author(s): Sowa K., Sakamoto T., Nakamura T., Sakai S., Iijima K., Watanabe T.
  • Organizer: 2nd International Sclerochronology Conference
  • Place of Presentation: Mainz, Germany
• [Presentation] サンゴ骨格に記録される炭素同位体比のvital effectの実態解明に向けたサンゴポリプモデルの開発
  • Author(s): 中村隆志，灘岡和夫，渡邉敦，宮島利宏，渡邊剛
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
  • Invited
• [Presentation] サンゴの内部素過程を考慮したストレス応答モデルの開発
  • Author(s): 中村隆志，灘岡和夫，渡邉敦，宮島利宏，中野義勝，鈴木款，樋口富彦
  • Organizer: 第15回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都）
• [Presentation] フィリピン国の沿岸生態系における地域的環境負荷と炭酸系動態
  • Author(s): 渡邉敦，宮島利宏，灘岡和夫，梅澤有，森本直子，山本高大, 土屋匠，中村隆志，R. Gonzales，G.L. Regino，C.M. Ferrera，M.L.S.D. McGlone
  • Organizer: 第15回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都）
• [Presentation] 石垣島・吹通川河口沿岸部におけるサンゴ礁海域への地下水流入特性
  • Author(s): 森尚大，灘岡和夫，Blanco A.，渡邉敦，中村隆志，山本高大，阿部友理子
  • Organizer: 第15回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都）
• [Presentation] 高水温・強光と硝酸塩による複合ストレスと活性酸素生成
  • Author(s): 樋口富彦，Casareto B.E.，中村隆志，Chumun P.K.，湯山育子，石川義明，藤村弘行，鈴木款
  • Organizer: 第15回日本サンゴ礁学会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都）
• [Presentation] サンゴ内部モデルを用いた骨格中のδ13C記録の再現と古環境指標としての有用性の検討
  • Author(s): 中村隆志，灘岡和夫，渡邉敦，宮島利宏
  • Organizer: 日本地球化学会第59回年会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県）
• [Presentation] A coral ecosystem model: short-term responses against the multiple stresses
  • Author(s): Nakamura T., Watanabe A., Nadaoka K., Nakano Y., Yamamoto S., Yamamoto T., Miyajima T.
  • Organizer: 12th International Coral Reef Symposium
  • Place of Presentation: Cairns, Australia
• [Presentation] Evidence of ocean acidification in seawater around Ishigaki Island
  • Author(s): Watanabe A., Nadaoka K., Kayanne H., Nakamura T.
  • Organizer: 12th International Coral Reef Symposium
  • Place of Presentation: Cairns, Australia
• [Presentation] Effect of environmental change on Porites growth during the last 100 years
  • Author(s): Watanabe T., Yamazaki A., Kawamura T., Isasa J., Nakamura T., Sowa K., Iwase F., Nomura K., Sugihara K., Abe O., Sakamoto T., Murayama M., Yamano H.
  • Organizer: 12th International Coral Reef Symposium
  • Place of Presentation: Cairns, Australia
• [Presentation] Mg-calcite dissolution rate determined by field observation and laboratory experiment
  • Author(s): Yamamoto S., Kayanne H., Tokoro T., Kuwae T., Nakamura T., Watanabe A., Nadaoka K.
  • Organizer: 12th International Coral Reef Symposium
  • Place of Presentation: Cairns, Australia
• [Presentation] Trans-calcification メカニズムを組み込んだ造礁サンゴの光合成・石灰化の内部モデル
  • Author(s): 中村隆志，灘岡和夫，渡邉敦
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
• [Book] A simulation model for coral reef formation (2011)
  • Author(s): Nakamura T., Nakamori T.
  • Publisher: Nova Science Publishers
• [Book] A simulation model for coral reef formation : reef topographies and growth patterns responding to relative sea-level histories. In : Iinda L. Wright (ed.) Sea Level Rise, Coastal Engineering, Shorelines and Tides (2011)
  • Author(s): Takashi Nakamura, Toru Nakamori
  • Total Pages: 328
  • Publisher: Nova Science Publishers (New York)
• [Book] A simulation model for coral reef formation : reef topographies and growth patterns responding to relative sea-level histories. In : Linda L.Wright (ed.) Sea Level Rise, Coastal Engineering, Shorelines and Tides (2011)
  • Author(s): Nakamura T., Nakamori T.
  • Publisher: Nova Science Publishers (New York)(in press)