| 研究課題/領域番号 |
21K14035
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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小区分17050:地球生命科学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人海洋研究開発機構 |
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研究代表者 |
長井 裕季子 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究開発プログラム), 准研究員 (20822612)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 微細構造 / 浮遊性有孔虫 / バイオミネラリゼーション / FIB-SEM / 形態形成 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
有孔虫の中でも速やかに大きな殻室(チャンバー)を形成する浮遊性有孔虫に着目し、殻形成部位の微細構造観察を通じて、浮遊性有孔虫の殻形成部位を電子顕微鏡レベルの詳細な記載を行うことで、殻形成プロセス解明の緒とする。浮遊性有孔虫における速やかな殻形成の背景には、カルシウムイオンなどの材料を海水から殻形成部位へと効率的な取り込みを可能にする構造があると考え、「浮遊性有孔虫の石灰化部位を覆う膜表面にある球状構造による表面積の増加が効率的な物質交換を可能にし、迅速な殻形成を実現している」という仮説を検証する。
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| 研究実績の概要 |
有孔虫の中でも速やかに大きな殻室を形成する浮遊性有孔虫に着目し、殻形成部位の微細構造観察を通じて、浮遊性有孔虫の殻形成部位を電子顕微鏡レベルの詳 細な記載を行うことで、殻形成プロセス解明の緒とする。浮遊性有孔虫における速やかな殻形成の背景には、カルシウムイオンなどの材料を海水から殻形成部位へと効率的な取り込みを可能にする構造があると考え、「浮遊性有孔虫の石灰化部位を覆う膜表面にある球状構造による表面積の増加が効率的な物質交換を可能にし、迅速な殻形成を実現している」という仮説を検証する。 本課題では、浮遊性有孔虫は底生有孔虫と比較すると、種によっては2時間程度という、底生有孔虫の三分の一以下の時間で、より大きくて厚い殻を形成することに着目し、「浮遊性有孔虫の石灰化部位を覆う膜状構造上の球状構造による表面積の増加が効率 的な物質交換を可能にし、迅速な殻形成を実現している」という仮説を立てた。浮遊性有孔虫の殻形成部位を対象として、様々な石灰化段階の試料を対象に、電子顕微鏡観察により解剖学的にサブミクロンオーダーの構造を記載することで、この仮説を検証することを目的とする。 2023度は浮遊性有孔虫を採取し、 本課題中に確立させた飼育系および殻形成誘導手法を用いて、採取した有孔虫をよい状態で保ち、多くの殻形成中個体を固定させることができた。 固定した試料は底生有孔虫で確立した臨界点乾燥法を用いて処理を行ったところ良好な試料を得ることができた。集束イオンビームを用いて微細加工を 行ったところ、殻形成部位観察するための良好な試料を作成することができ、殻室の殻壁の様子や、迅速な殻形成に関係すると考えられる構造が新たに観察された。今後はその構造について試料数を重ね、また蛍光顕微鏡観察などを取り入れて観察する予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2023年度は浮遊性有孔虫を2回採取し、本課題で確立した実験手法を用いて、複数の殻形成を行う個体を生物固定し、集束イオンビーム走査型電子顕微鏡(FIB-SEM) にて微細加工を行い、殻形成部位の横断面を露出させ、様子を観察した。 浮遊性有孔虫の殻形成部位を覆う外部有機膜は殻全体を覆っており、その表面に球状構造が散見された。この点に関しては底生有孔虫の殻形成部位と同様であり、また本課題の仮説と整合性がある。また外部有機膜の表面からは太さ0.5-1μm程度、長さ約30-40μm程度の仮足が伸びている様子を確認することができる試料もあり、底生有孔虫では観察されなかったことから、一部の浮遊性有孔虫に特徴的な針状の構造であるスパインを形成している様子の可能性もあると考えている。浮遊性有孔虫の殻形成部位に関しては外部有機膜と細胞と接している内部有機膜の間に結晶が並んでいる様子やなど、柔らかい細胞と硬い炭酸カルシウム結晶を同時に観察することのできる試料作成条件も整った。さらに、FIB-SEMで殻の横断面を作成することで、本年度新たに発見された迅速な殻形成に関係すると考えられる構造は底生有孔虫は今までに一度も観察されたことのない構造である。また本年度初めて観察されたことから、殻形成の段階もしくは種と関係があると考えている。今後は今回新たに発見された構造に注目して観察を続けるとともに、本構造解明のために蛍光顕微鏡での観察も行っていく予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の推進については、2024年度も引き続き浮遊性有孔虫を採取し、本課題内で確立した手法を用い、殻形成を誘導し、形成中の個体を生物固定する実験を 引き続き実施する。殻形成過程について更に詳細に記載するために、微分干渉顕微鏡を用いたタイムラプス観察を実施し、個体レベルでの全石灰化過程を記録することも行いたいと考えている。加えて、臨界点乾燥法が浮遊性有孔虫にも使用できることがわかったことから、さらに条件を最適化しつつ2023年度に固定した試料の電子顕微鏡観察用の処理も進める。 走査型電子顕微鏡(SEM)観察では、得られた試料は膜状構造が時間とともにどのように構築され、それとどのような相互関係で炭酸カルシウム殻が形成されていくのかを、時系列的に様々な段階の試料を作成して観察する。合わせて集束イオンビーム(FIB-SEM)を用いて、殻形成部位の横断面を作成し、この露出した横断面の観察から球状構造を含む膜状構造と、沈着した石灰質の超微小形態の両方を観察する。さらに2023年度に新たに発見された迅速な殻形成に関係していると考えられる構造についても、殻形成のどの段階に生じるのかなど、蛍光顕微鏡観察と合わせて明らかにしていく予定である。これらの一連の観察と分析により解剖学的に細胞質及び有機膜のサブミクロンオーダーの構造を記載するとともに、特徴を捉えることで石灰化機序を明らかにし、殻形成時の膜状構造の形成と沈着した炭酸カルシウム結晶の微細構造の相互関係について観察・比較を行う。 電子顕微鏡観察で得られた膜状構造の形態及びその発達の様子、沈着した殻の様子の結果を統合して石灰化プロセスを推定し、 上述の仮説を検証する。得られた成果は段階ごとに査読付き国際誌に投稿するとともに、JpGUなどの学会において発表し、地球科学分野のみならず、細胞生物学など幅広い分野の研究者と広く議論を行う。
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