琉球大学研究生院理工学研究生院研究生大野义和（导师：理学院副教授中村隆）领导的研究小组与冲绳工业大学、冲绳科学技术大学院大学（OIST）、国立先进工业技术研究所和冈山大学合作，在世界上首次成功地详细捕捉了珊瑚构建骨骼时细胞群的运动。这一结果对传统理论提出了质疑，同时报告了活珊瑚如何在维持最佳内部环境的同时构建骨骼。未来，基于这些知识，我们希望开展研究，更深入地了解骨骼等硬组织形成机制的进化过程。此外，这将是一个重要的发现，有助于在细胞和组织水平上阐明珊瑚对海水温度上升和海洋酸化等环境问题的反应程度。该研究成果于2017年1月18日（当地时间）发表在英国自然出版集团的开放获取期刊《科学报告》上。
已知造血型珊瑚(以下简称珊瑚)形成的骨骼的主要成分是碳酸钙。多年来，珊瑚形成了复杂的地形（珊瑚礁），并为许多海洋物种提供了栖息地。珊瑚礁生态系统因其丰富的生物而有时被称为“海洋绿洲”，是支持海洋生态系统的重要场所。然而，珊瑚如何形成骨骼的基本机制仍不清楚。
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| 冲绳县石垣市的珊瑚群落（石成泻湖）（2006 年 6 月：拍摄者：Takashi Nakamura） |
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| 冲绳县石垣市（石成泻湖）白化后的浅水中的珊瑚群落（2016 年 9 月：拍摄者：Takashi Nakamura） |
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| 冲绳县石垣市（石成泻湖）白化后珊瑚礁斜坡上的珊瑚群落（2016 年 9 月：拍摄者：Takashi Nakamura） |
珊瑚骨骼的形成（钙化）包含在活珊瑚组织和骨骼之间的间隙钙化母液(*1)。当骨架形成时，氢离子 (H＋) 必须从该间隙中正确移除。钙化的进展归功于钙化母液pH（氢离子浓度指数）(*2)，了解内部pH变化是骨架形成的指标之一。传统理论认为珊瑚钙化母液的pH值几乎保持恒定，并不认为珊瑚主动调节pH值。
在这项研究中，pH 成像方法(*3)，现在可以在体内高精度测量和观察钙化母液的pH变化。结果，我们在世界上首次成功揭示了珊瑚如何主动调节钙化母液的pH值。这项研究的结果对于加深我们对珊瑚钙化机制的理解至关重要。此外，预计这项研究将应用于阐明海洋酸化和珊瑚白化等环境问题如何抑制珊瑚生长的详细过程，并阐明不同生物群体中硬组织形成机制的进化过程。
这项研究是日本学术振兴会科学研究补助金 (15J04797, 15H02813)、佳能基金会研究补助金项目和 JST/JICA SATREPS 支持的研究项目的一部分。
在这项研究中，pH 成像方法(*3)，现在可以非破坏性地测量活珊瑚组织内存在的钙化母液的 pH 值变化。实验中使用卫城卫城 (鹿角珊瑚）(*4) 通过同时产卵产生漂浮的浮浪幼虫，早期珊瑚虫（*5，图1）。通过将处于初始息肉状态的珊瑚放置在玻璃板上，可以从珊瑚体的底部观察钙化区域。此外，通过在实验中使用未获得共生藻的早期珊瑚虫，可以在消除共生藻的影响的同时测量钙化母液中的pH值（图2）。
图 1。鹿角珊瑚的早期息肉。通过在获取共生藻类之前使用初始息肉，可以进行排除共生藻类影响的实验（比例尺：200 μm = 02 mm）。 |
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图 2 钙化母液和海水中所含试剂荧光测量值的伪彩色转换及其与 pH 测量值的对应关系。透过玻璃可直接观察到钙化部位（最初息肉的底部）。
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由于可以高精度捕获钙化母液中的 pH 变化，因此可以将其应用于未来的各种研究。在这项研究中，降低矿化母液的pH值(*6)然而，我们发现几分钟后，珊瑚会主动提高钙化母液的 pH 值。这表明这种机制背后存在一种机制，即珊瑚感知pH值变化并最佳控制钙化母液的pH值以形成精致的骨骼。
现在我们可以直观地看到活体状态下珊瑚骨骼形成的过程，我们将能够更详细地阐明珊瑚骨骼形成的机制。例如，基于这项研究，将有可能验证钙化母液中参与pH调节的蛋白质的功能。它还将揭示珊瑚将如何应对预测的未来海洋环境变化。