Elucidation of the principle of change from planar structure to 3D morphology in lobster larvae

Research Project

Project/Area Number	19K22428
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	Kondo Shigeru 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 教授 (10252503)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2023-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000) Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000) Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords	脱皮 / 形態形成 / 甲殻類 / クチクラ / 折り畳み / イセエビ / 幼生 / 3次元 / フィロゾーマ / ３D形態形成 / 折り紙 / 変態
Outline of Research at the Start	イセエビの幼生は、1回の脱皮で、２次元平面から3次元形状に変態する。脱皮前後のクチクラの構造を電顕で詳しく解析することにより、クチクラの各地点での収縮率、収縮の異方性を測定し、それを幼生の平面上クチクラ形状にマップする。次にその平面情報から、収縮後の立体構造を、計算機により3次元物理計算から導き出す。成功すれば、平面の構造から、任意の3次元構造を瞬時に作り出す新しい技術が生まれる可能性がある。
Outline of Final Research Achievements	The lobster larva (phyllosoma) has an extremely thin, planar morphology, but after a single molt, it changes into the three-dimensional shape of a normal shrimp. Since the molt takes only 20 minutes, the shape after the molt must already be internalized into the flat shape of the larva. The purpose of this study is to elucidate how this deformation is possible. In our research, we first reared phyllosoma in collaboration with the Mie Prefectural Fisheries Laboratory and successfully obtained samples during the metamorphosis and videotaped them during the metamorphosis. The samples were then examined in detail by scanning electron microscopy and micro-CT, and the principles underlying the short deformation were inferred from the surface morphology of the samples.
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	学術的意義：変態がわずか20分で起きるということは、平面形状の中に、既に詳細な立体形状が内包されていることになる。そのような現象が起きる原理は、全く知られていないため、解明できれば、生物の形態形成原理において、新しいロジックを明らかにできるはずである。社会的意義：平面形状は、重ねることが可能であるため、多数の対象物を保存するために有利である。立体形状が、平面から簡単に作る方法が明らかになれば、輸送・保存にかかるコストが著しく軽減されるはずである。