先生Azusa Kubota（现研究组成员包括：大野善一研究员、大野善和研究员、琉球大学农学部安本淳助理教授（地球环境研究所共同研究员）、产业技术综合研究所地圈资源环境研究部饭岛真理子研究员、东京大学农业与生命科学研究生院铃木道雄教授、Mina博士） Tropical Techno Plus 的广濑。LINKAGE 项目（※1）鹿角珊瑚幼虫的骨骼形成过程pH值（※2）通过共焦激光显微镜pH 成像（※3）进行了调查结果，珊瑚幼虫将海水带入其骨骼形成部位，并聚胺（※4）3)的骨架。在传统的钙化模型中，珊瑚钙化（※5）是二氧化碳 (CO28542_85802碳酸钙3这一发现表明珊瑚礁可能会导致全球二氧化碳排放2这是重新评估它在固视中所扮演的角色的重要一步。这项研究的结果将由美国化学会（ACS）发表。环境科学与技术”将于2024年12月10日（日本时间）在杂志上发表。
造礁珊瑚通过钙化过程形成骨骼，这些骨骼构成了珊瑚礁。这种钙化过程是由大气和海水中的CO2是海水中的钙离子（Ca2+) 和碳酸钙 (CaCO3)2这是一个固定反应。然而，由于海水的pH值约为8，碳酸氢根离子（HCO3-) 被假定为原材料，并已通过等式 1 所示的钙化反应进行了解释。
钙2++2HCO3-→ 碳酸钙3+CO2+H2O（公式 1）
因此，钙化过程将二氧化碳释放到海水中2有人讨论珊瑚骨架的形成可能会加速全球变暖，因为它被认为涉及排放。然而，目前地球表面约一半的碳以石灰石等碳酸盐沉积物的形式大量储存。2被困住和地球的二氧化碳2还有一种观点认为它极大地有助于固视。因此，珊瑚礁在全球碳循环中发挥的确切作用仍然存在一些不确定性。生物是碳酸钙3称为生物矿化，随着近年来仪器分析技术的发展，生物矿化正在被阐明。
研究小组使用共焦激光显微镜，通过各种方法观察细胞外钙化介质 (ECM)，这是鹿角珊瑚幼虫（一种造礁珊瑚）骨骼形成的部位。钙离子 (Ca2+）来研究从海水到 ECM 的 Ca 转运途径时，我们发现珊瑚幼虫将 Ca 从细胞间隙带入 ECM [图 1]。到目前为止，我们知道一些珊瑚可以从细胞内运输钙，但人们发现这种类型的珊瑚细胞之间有很大的间隙，使得海水很容易进入 ECM。
我们还使用一种称为 pH 成像的方法可视化 ECM 中微小的 pH 变化。结果，我们发现珊瑚幼虫在骨骼形成过程中使 ECM 的 pH 值升高约 05 至 1 [图 2a]。 pH 升高的机制是 Ca2+估计了运输商的贡献。在本研究中，CO2的生物碱）的贡献，并向珊瑚幼虫的饲养海水中添加了多胺转运蛋白抑制剂和生物合成抑制剂，以研究它们对ECM pH增加的影响。结果，当添加多胺转运蛋白抑制剂时，ECM pH 值的增加显着降低。换句话说，他们发现珊瑚利用称为多胺的生物碱来提高其 ECM 的 pH 值。 pH 值的增加会导致碳酸根离子 (CO32-) 促进供应，CaCO3是二氧化碳2已表明它是有效形成的且无排放。我们还成功地使用荧光探针可视化细胞内多胺的含量。我们观察到含有大量多胺的细胞聚集在 ECM 周围 [图 2b]。
基于上述结果，我们提出了珊瑚组织的示意图以及ECM中骨骼形成反应的新假设。珊瑚的碳酸钙骨架是由细胞外ECM构成的，钙也是通过细胞间隙从海水中供给的。在珊瑚 ECM 的钙化过程中，碱化被认为会导致无机碳通过多胺转运蛋白与多胺一起移动，从而增加 pH 值并促进钙化 [图 3]。
海洋生物含有碳酸钙 (CaCO3)CO2释放的（方程式 1）是 CO23它代表再沉淀，没有足够的证据表明海洋生物的钙化完全遵循这种反应。无机化学上，钙化主要是由Ca引起2+和二氧化碳32-的反应进行的并且需要高pH环境。另一方面，CaCO3的解散发生在低pH值下。因此，随着pH值继续降低，CaCO3的降水量不会发生。与钙化过程中 pH 值降低的传统说法相反，最近的研究观察到珊瑚以外的生物体的 pH 值升高。碳酸钙3晶体是碳酸(H2CO3）和含钙碱（例如氢氧化钙（Ca(OH)2)) 是通过中和反应生成的盐，CaCO3的形成是碱基依赖性的。碳酸氢根离子 (HCO3-)的氢离子（质子）是碱和Ca(OH)2中和。近年来，向海洋中添加碱性化学物质以减少二氧化碳2促进固定的海洋碱化也在海外进行。珊瑚等钙化生物是 CO2，需要从整个生态系统的角度来评估。二氧化碳2通过光合作用转化为有机物，钙化生物利用这种有机物作为能量来源CaCO3创建骨架。考虑到整个过程，CO2本质上是碳酸钙3, CO2可以说是固定的。
海水中存在碳酸钙3的停留时间据说是3亿年，已知几乎不溶解，但是海洋环境中的CO2对吸收的贡献主要集中在海藻和其他植物通过光合作用产生有机物（蓝碳）。在这项研究中，我们发现高pH条件下的钙化并不一定会导致CO2CO2表示将会修复该问题。未来，我们将详细研究贝类等各种海洋生物的钙化机制，并研究珊瑚礁水域钙化引起的二氧化碳。2定额复查，珊瑚礁是全球CO2我们想证明我们可以为隔离做出贡献。未来，我们希望提出一种由钙化生物制成的新型蓝碳（生物钙化蓝碳），并致力于创建一个有助于珊瑚礁保护的系统。
图 1 珊瑚幼虫 ECM（细胞外钙化液）细胞间隙的可视化（使用钙黄绿素染色的共聚焦激光显微镜 (CLSM) 观察）：(a)显示整个珊瑚幼虫的图像（比例尺：50 微米）。(b)(a) 中红色方块所示区域的放大图像（比例尺：20 μm）。(c)(a) 中黄色方块所示区域的放大图像（比例尺：20 μm）。 (b) 和 (c) 均显示 ECM 内的细胞间隙可通过视觉确认。这意味着海水很容易进入珊瑚的ECM。
图 2 (a)珊瑚幼虫 ECM（细胞外钙化液）中 pH 值的可视化（使用 pH 指示剂的共焦激光显微镜 (CLSM) 观察）。照片中的数字表示pH值。 ECM的pH值为85至90，比海水的pH值81高约05至1。 pH 升高是由于钙化的促进，但多胺转运蛋白抑制剂的添加抑制了 pH 升高，表明多胺导致了 pH 升高。(b)珊瑚幼虫 ECM 附近的成骨细胞中多胺的可视化（使用多胺染色试剂的 CLSM 观察）。观察到含有许多多胺的成骨细胞聚集在 ECM 附近。
图 3 珊瑚组织示意图和 ECM（细胞外钙化液）中骨骼形成反应的新假设。珊瑚碳酸钙骨架由细胞外钙化液（ECM）组成。原料钙也是从海水中通过细胞间隙供给的。此外，在珊瑚钙化过程中，ECM 内会发生碱化。 ECM的pH值比周围海水高05-10。根据这一假设，无机碳与多胺 (PA) 一起通过多胺转运蛋白移动，增加 pH 值并促进钙化。
论文标题：多胺在石珊瑚珊瑚卵胞外钙化介质 pH 调节中的作用
日文标题：多胺在造礁珊瑚幼虫细胞外钙化液 pH 调节中的作用
已出版的杂志：
环境科学与技术
作者：Azusa Kubota (JEOL)、Yoshikazu Ohno (JST)、Jun Yasumoto※（琉球大学全球环境研究所）饭岛真理子※（米乐m6官方网站）、Michio Suzuki（东京大学）、Ryo Iguchi※（米乐m6官方网站）、Kanami Yasumoto（东京理科大学）、Mina（Yasumoto）Hirose（Tropical Techno Plus）、Tsuyoshi Sakata（北里大学）、Munehiro Suehiro（北里大学）、Kaho Nakamae（北里大学）、Nanami Mizusawa（北里大学）、Jimbo Mitsuru（北里大学）、Shuugo Watanabe （北里大学），安本刚※（北里大学）
※LINKAGE项目联合研究员
DOI：101021/acsest4c10097
这项研究得到了日本学术振兴会 (JSPS) 和日本学术振兴会 (JSPS) 的环境研究促进基金 (JPMEERF20194007、JPMEERF20221C01) 的部分支持。 K12310、20H03077、20H00653)、产业技术综合研究所/环境友好产业技术研究实验室(E-code)、产业技术综合研究所、地球环境研究所的LINKAGE项目该项目是在新能源产业技术综合开发机构(NEDO)的支持下进行的。