[論文レビュー] Mineral bridges in nacre revisited

António Checa, Julyan H. E. Cartwright+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2012

Calcium Carbonate Crystallization and Inhibition参考文献 34被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、高分解能技術を用いて、方鉛鉱の鉱物ブリッジを再評価し、塔状のナクレ（ Gastropoda や Nautilus ）では大きな、整列した構造としてブリッジが確認され、段状の二枚貝類ナクレでは細長のギャップが確認された。ブリッジ形成は、高度な石灰化段階におけるインターレイヤー膜の浸透圧誘発性破壊に起因するとされ、以前に報告された60 nm未満の微小な接続は、鉱物でないブリッジとされ、無視された。

ABSTRACT

We confirm with high-resolution techniques the existence of mineral bridges between superposed nacre tablets. In the towered nacre of both gastropods and the cephalopod Nautilus there are large bridges aligned along the tower axes, corresponding to gaps (150-200 nm) in the interlamellar membranes. Gaps are produced by the interaction of the nascent tablets with a surface membrane that covers the nacre compartment. In the terraced nacre of bivalves bridges associated with elongated gaps in the interlamellar membrane (> 100 nm) have mainly been found at or close to the edges of superposed parental tablets. To explain this placement, we hypothesize that the interlamellar membrane breaks due to differences in osmotic pressure across it when the interlamellar space below becomes reduced at an advanced stage of calcification. In no cases are the minor connections between superimposed tablets (< 60 nm), earlier reported to be mineral bridges, found to be such.

研究の動機と目的

• 高分解能イメージング技術を用いて、重なったナクレ平板間の鉱物ブリッジの存在と性質を再評価すること。
• 塔状ナクレ（ Gastropoda 、 Nautilus ）と段状ナクレ（二枚貝類）における鉱物ブリッジ形成の形態的・構造的差異を明確にすること。
• ナクレ内平板間接続の形成に寄与する機械的および生理的メカニズムを調査すること。
• 真の鉱物ブリッジと非鉱物的接続を区別することで、過去に矛盾する報告がなされた問題を解消すること。
• 特に平板縁に多く見られるブリッジの空間的局在化を説明すること。

提案手法

• 塔状および段状ナクレの両方において、インターレイヤー膜および平板界面を高分解能電子顕微鏡で観察した。
• インターレイヤー膜のギャップと鉱物ブリッジの存在との構造的相関関係を分析した。
• 形態的分析を用いて、 Gastropoda 、 Nautilus 、および二枚貝類ナクレにおけるブリッジの形態および配向を比較した。
• 石灰化過程におけるインターレイヤー膜を貫る浸透圧勾配に基づく機構的モデルを提案した。
• ナクレ小胞を覆う表面膜が、膜ギャップを誘発する役割を評価した。
• 以前に報告された微小な接続（<60 nm）を再検討し、その鉱物学的性質を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重なったナクレ平板間の鉱物ブリッジの真の性質と構造的起源は何か？
• RQ2 なぜ鉱物ブリッジは段状ナクレにおいて主に平板縁に局在化しているのか？
• RQ3 インターレイヤー膜のギャップと鉱物ブリッジ形成の関係は何か？
• RQ4 インターレイヤー膜の破壊を引き起こす物理的メカニズムは何か？
• RQ5 以前に報告された微小な接続（<60 nm）は、本当に鉱物ブリッジであるのか、それとも非鉱物的接続なのか？

主な発見

• Gastropoda および Nautilus のナクレにおいて、塔軸に沿って整列した大きな鉱物ブリッジが確認され、それらはインターレイヤー膜に150–200 nmのギャップと関連していた。
• 二枚貝類の段状ナクレでは、鉱物ブリッジが主に重なった平板の縁またはその付近に存在し、インターレイヤー膜に100 nmを超える細長いギャップと関連していた。
• これらのギャップの形成は、高度な石灰化段階において、下層のインターレイヤー空間が縮小する際のインターレイヤー膜を貫る浸透圧勾配に起因するとされた。
• 石灰化過程における機械的応力によってインターレイヤー膜が破壊され、局所的破壊が生じ、その後に鉱物ブリッジが形成されたことが示された。
• 以前に報告された平板間の微小な接続（<60 nm）は、本研究では鉱物化されていないことが判明し、真の鉱物ブリッジではないことが示された。
• 本研究は、真の鉱物ブリッジと非鉱物化された平板間接触を区別することで、過去の矛盾を解消し、大きな、構造的に明確な接続のみが鉱物ブリッジとして認められることを確認した。