独特の繊維状から板状のナノ - 杭州PVヒューズ有限公司

Scientific Reports volume 13、記事番号: 2189 (2023) この記事を引用

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28 オルトメトリック

メトリクスの詳細

生体結晶配置の多様化、多くのスケールレベルでの生体高分子の組み込み、および階層構造が生体材料最適化の鍵となります。浮遊性の回転性有孔虫である Pulleniatina obliquiloculata は、その殻の中に新種のメソ結晶構造を示します。殻の形成は、一次有機シート (POS) である根茎ネットワークの結晶化から始まります。 POS の片面では、結晶は 1 μm のブロック状のドメインで構成されています。 POS 結晶の反対側には樹枝状フラクタル構造があり、互いに入り込み、数十マイクロメートルのサイズに達します。樹枝状フラクタル結晶は双晶になっています。核形成部位では、双晶結晶は微細なフィブリルから構成されます。核形成部位から離れるにつれて、フィブリルは結晶学的によく配向したナノフィブリルの束に進化し、外殻表面を縫い合わせる双晶の板状のブレード状の結晶に進化します。形態学的ナノフィブリル軸は結晶学的 c 軸であり、両方とも殻円蓋に対して垂直です。ナノフィブリル方解石は、60°/[100] (= m/{001}) 双晶の法則に従って多合成双晶になります。我々は、高過飽和での双晶フラクタル樹枝状結晶の形成と結晶競合による成長を実証します。また、c 軸整列は POS の生体高分子によってすでに誘導されており、単なる成長競争の結果ではないことも示します。ロタリイド方解石の形成につながる決定要因について説明します。

有孔虫は、広範囲の海洋環境に生息する単細胞生物です1、2、3、4、5。有孔虫の大部分は、炭酸カルシウムで鉱化された部屋のある殻で細胞質を保護しています（例6、7、8、9、10）。有孔虫の殻は、多種多様な腔および殻の形態を示します 3、11、12、13、14。殻の形態の多様性、ほぼすべての海洋環境に広く存在し、十分に文書化された化石記録により、この原生動物のグループは、地球規模の炭酸塩収支の評価、進化、層序、古生態学的研究、古気候の復元に最適な分類群の 1 つとなっています 3 、9、12、15、16、17。

方解石の結晶組織は、底生回転動物種 Amphisteginalessesii (d'Orbigny 1826)、Amphistegina lobifera (Larsen 1976)、および Ammonia tepida (Cushman 1926) の殻について調査されました。結晶はメソ結晶であり、A. レッスンイ、A. ロビフェラ、および A. テピダは、(1) ブロック状で数マイクロメートルサイズの微結晶、および (2) より大きな結晶子の 2 つの形態のいずれかを有する結晶の殻を形成していることが示されました 18。、内部にナノフィブリル/ナノ板状構造を持つ数十マイクロメートルサイズの樹枝状フラクタル結晶。これら 2 つの異なるタイプのナノ構造とマイクロ構造は、核生成が起こりシェルの石灰化が始まる生体高分子ネットワークである一次有機シート (POS) によって相互に区切られています。

今回我々は、浮遊性回転性有孔虫殻方解石のナノメートルスケールの構造とサブマイクロメートルスケールの結晶組織を調査する。私たちは研究のために、Rotaliida 目、Pulleniatinidae 科の浮遊生物種 Pulleniatina obliquiloculata を選択しました (Parker and Jones、1865)。 P. obliquiloculata は水深 100 m までの環境に生息しており、熱帯海洋で最も豊富な浮遊生物種の 1 つです 19,20。 P. obliquiloculata の殻は、殻の石灰化に関する環境制御を調査する研究や、浮遊性有孔虫殻の地球規模の陸域炭素循環への寄与の評価に広く使用されています 19,20。我々は、P. obliquiloculata 方解石の結晶核形成と成長について議論し、核形成をテンプレートとする生体高分子ネットワーク内で、シェルを構成する両方の主要な結晶形態が発達することを示します。シェルの大部分は樹枝状フラクタル結晶で形成されているため、これらを特に詳しく説明し、後者の結晶が高い過飽和および pH で核形成し、競合的な成長プロセスを通じてより大きな結晶に成長することを実証します。後者のプロセスは、結晶集合体の集合組織（円筒集合組織）の形成に大きく寄与する。我々は、樹枝状フラクタル結晶が特異的でユニークなナノ構造およびミクロ構造を持っていることを示し、これらの結晶が双晶方解石から構成されていることを実証します。我々の微細構造結晶学的観察に基づいて、P. obliquiloculata 殻方解石の形成を開始、制御、誘導する主な決定要因について議論します。

Pulletiniatina obliquiloculata の殻壁の矢状断面では、異なる形態を持つ結晶で形成された 2 つの層が観察されます (図 1、S1、S2)。これらは生体高分子フィブリルのネットワークによって互いに分離されています (図 1、2)。後者は一次有機シート（POS）の残骸であると考えられます。最外殻層はフィブリルから板状結晶の整列配列からなり(図1、3、S2)、最内殻層はブロック状結晶から形成されます(図1、3、S2)。

Pulleniatina obliquiloculata 貝殻の内部構造を示す貝殻断面の BSE 画像。 (a) シェルを切断するモード。 (b、c) エッチングされた殻表面の BSE 画像。 (d、e、f) 高度に研磨された、エッチングされていない表面の BSE 画像。これらの表面は EBSD 測定に使用されました。一次有機シート (POS) ((b、e、f) の赤い矢印) によって殻壁が 2 つの層 (b、c) に細分化されていることがよくわかります。これらは異なる微細構造を持っています ((b) と (c) の白と黄色の星)。 (b、c) の白い点は、EPON 樹脂が充填された細孔を示します。ＰＯＳの経路は非常に均一に（例えば（ｅ））湾曲しており、チャンバの曲率を事前に規定する。対照的に、他の有機取り込みの経過 ((d、e) の黄色の矢印) は波状です。 (b) と (e) の青い矢印は皮質を示します。後者の厚さは 2 ～ 4 μm の間でわずかに異なります (e)。

主要な有機シート (POS、a、b) の部位と、Pulleniatina obliquiloculata の殻を構成する 2 つの微細構造を示す殻断面の BSE 画像。 POS の下にナノフィブリル ((a、b、c) の白い星) が POS の上にあります。図S2も参照してください。ナノフィブリルは POS 内で核形成します。平行なナノフィブリルのクラスターは、細長い束状の結晶を形成します ((c) の白い星)。後者の結晶は外殻壁の大部分を形成します。ブロック状の結晶は殻の内壁全体、つまり POS の下の層を形成します。

Pulleniatina obliquiloculata の殻の断面の BSE 画像。殻の外表面に向かって結晶サイズが拡大していることが視覚化されています。 (a) POS における/POS 内でのナノフィブリルからの不規則な形状の板状結晶の発生。 (a) の赤い星と (a) の挿入図は、融合した細長い/葉状の結晶から形成されたシェル層を示します。大きな板状/ブレード状の結晶の集合体が皮質 ((a) の白い星) を構成します。 (b): シェルの最外表面には、大きなプレート/ブレードの間に亀裂と空洞が存在します。サンプルの準備時に、プレート間の亀裂に使用済みの低粘度 EPON 樹脂が浸透します ((b) の赤い矢印)。 (b)の白い点はEPON樹脂が充填された細孔を示します。 (c) の白い矢印は、細孔の内面を裏打ちする生体高分子フィルムを指します。図S3も参照してください。

P. obliquiloculata は多孔質の殻を形成します (図 1、3、4)。細孔の内面は有機膜で覆われています（図3c、S3）。この研究で使用された分析技術では、シェルを低粘度の EPON 樹脂に埋め込む必要がありました。後者は細孔に浸透しました（図1b、c、3bの点）。シェルを接線方向に切断すると、外側のシェル部分が POS から外側に向かってサイズが増加する水晶振動子で形成されていることがわかります (図 4a)。これらのユニットの接線方向のビューは、それらの内部構造 (図 4) と、相互にかみ合う樹枝状フラクタル形態 (図 8) を明らかにします。

Pulleniatina obliquiloculata の殻壁を接線方向に切断したもの (a) で、円錐形の結晶単位の表面を上から見ることができます ((b) ～ (d))。円錐形の結晶は内部で構造化されており (b、c)、絡み合っています (d)。 (a) 灰色の EBSD バンドコントラスト測定。 (b、c、d) エッチングされた表面の BSE 画像。 (a) の黄色の星は POS の経過を示し、後者は小さな結晶子の蓄積によってよく見えます。 (a) の黄色の矢印は皮質を指します。 (d) の黄色の破線は、3 つの円錐形結晶の接線方向の表面の輪郭を示しています。

POS の有機ネットワークは 2 つのシェル層を分離します (図 2)。 POS テンプレートの核形成と方解石の成長の開始 21。図1に視覚化されているように、POSのコースは均一です（図1e、f）。これとは対照的に、シェルへの他の有機インターカレーションは波状のコースを持っています（図1e、d）。我々は、後者の有機物質を、室形成の一連のサイクルの終わりに分泌される外側有機内張り（OOL）の残骸と考えています21。 P. obliquiloculata の殻は、硫黄とマグネシウムの帯状構造を示しており (図 S4)、これらは正の相関関係にあります (図 S4)。硫黄は有機物質を示すため、硫黄含有量が増加したゾーンは、殻の外側と内側の表面を覆う有機内層を示します。新しいチャンバー形成イベントのたびに、古いチャンバーが追加の方解石層で覆われるように、各シェルの成長段階で、シェルの外面を覆うOOLがシェルに組み込まれます（図1e）。 POSと内殻表面の間の、内殻層への有機物質のそのような一時的なインターカレーションは観察されませんでした（図1e、f）。

シェルを形成する結晶には独特の形態があります。

内殻層 (POS と内殻表面の間) には、ブロック状の結晶が見つかります。ブロック状結晶の形態は、POS と内殻表面の間で変化しません (図 2a、S2)。

シェルの大部分（POS と外側シェル表面の間の層）は、最初はナノフィブリル構造を有する結晶で形成されています。方解石ナノフィブリルは POS 内で発達し、直径約 50 nm から長さ 1 μm 以上に達します (図 2c、3a)。

POSからさらに離れると、外殻表面に近づくにつれて、ナノフィブリルの寸法が増加し、その形状はより平らになります。フィブリルは板状の実体に進化します (図 3a、S3)。これらのナノプレートは、厚さが50〜100 nmの範囲（図4b〜d）、横方向の広がりが1μm程度です（図3、4、S3）。

皮質の近くでは、板状の結晶が融合し、方解石の緻密な層を形成しています（図3a、S2）。

この緻密な層から、大きな板状/ブレード状の結晶が発達します（図3a）。これらのプレート/ブレードの配列が皮質を形成します。これらの板状/ブレード状の結晶は平行に積み重なり、不規則な樹枝状の形態を持っています。 EPONに埋め込むと、皮質の板状結晶間の亀裂に樹脂が浸透します（図3bの赤い矢印）。

内殻層とは対照的に、新しいチャンバー形成サイクルごとに厚さが増す外殻壁では、結晶サイズ、形態、および内部ナノ構造における途方もない、しかし継続的な変化が観察されます。方解石ナノフィブリルは、すべてのフィブリルの結晶格子配向が同じである束または束を形成します（EBSDの結果、図5e、f）。それらの格子配向は、ナノプレート/プレート、皮質まで続きます(図5e、f)。したがって、一貫した格子配向を備えた細長いメソ結晶ユニットが見られますが（図5、11）、内部ナノ構造は進化しています（図3a、9）。上で説明した結晶形態は、単なる特異な特徴または表面の特徴ではありません。 P. obliquiloculata の殻をさまざまな深さで切断し、上記の結晶サイズと形態特性を常に観察しました（図S5）。ナノフィブリルからナノプレートを経てプレートおよびブレードへの進化により、POSとシェル内部表面の間のブロック状結晶で形成されたシェル材料と比較して、内部から外部へのより高密度の石灰化が生じます（図3、S2）。

Pulleniatina obliquiloculata の殻の結晶と結晶単位。 (a) および (b) 細長い束状結晶 (白い星) の BSE 画像。これらは POS で形成され始め ((a) および (b) の白い点)、円錐形の方解石エンティティ (c)、(d)、(f) の大部分を構成します。 (c) および (d) 円錐形ユニットの範囲を視覚化した灰色の EBSD バンドコントラスト画像。 (c) 緑色で強調表示されているのは、任意に選択されたいくつかの円錐形の結晶です。 (e)、(f) (e) シェル壁セクション全体、および (f) (c) に示されている選択された円錐形ユニットについて、EBSD から得られた方解石の結晶方位。色の均一性から、円錐形ユニット内の方解石が均一な結晶格子配向を持っていることが明らかです。

EBSD測定では、殻壁の矢状断面では、長さ最大20μm、幅最大10μmの円錐形の方解石結晶単位が明らかになります（図5）。これらの結晶単位は、一般に POS またはその近くの 1 つのスポットから成長し始め、外殻表面に向かって広がります。 EBSD（図5c〜f）で見られる、サイズが数十マイクロメートルのこれらの円錐形の方解石結晶単位は、図5〜6に示す内部ナノ構造を持っていることに注意してください。 2、3、4、S1、S2。このような円錐形の結晶単位内では、ナノフィブリルからフィブリルの束を経て、厚さはナノスケールだが横方向はマイクロスケールの板状/ブレード状のドメインへと、内部構造が滑らかかつ着実に変化する。

方解石結晶単位のEBSDデータをより詳細に調査すると、図6aの青とオレンジ色で示されているように、結晶単位内にいくつかの配向ドメインが見つかります。これらのドメインは、c軸の周り、つまり[001]の周りで60°回転する双晶配向関係によって相互に関連付けられています(図6b)。これらの双晶の頻度は、方位差角度分布図の60°の顕著なピークに反映されています（図7a、b）。各ドメイン内の方解石は単結晶状で、モザイクの広がりが0.5°未満です（図6c、d）。

Pulleniatina obliquiloculata 貝殻の双晶結晶と双生児/ドメイン。 (a)、(c) 殻壁の断面で得られた EBSD バンドコントラスト測定 (灰色で表示)。 (a) と (c) の色は、双晶の円錐形の水晶振動子の対応する個体/ドメインです。双子の個人/ドメインは青とオレンジの色で示されています (a)。 (b) の相対周波数 - 方位ずれ角度図の 2 つのピーク ((b) の黒と赤の矢印) が示すように、これらは互いに 60° ずれています。 (b) の 2 つのピークは鋭いため、それぞれの双子の個体/ドメイン内の方解石微結晶の誤配向は非常に低いです。 (d): 1 つの双生児個体/ドメインについては、方解石微結晶の方位のずれが 1° をはるかに下回っていることが示されています。したがって、各双子の個体/ドメイン内の方解石は単結晶です。

Pulleniatina obliquiloculata 貝殻内の隣接する円錐形ユニット内および隣接する円錐形ユニット間の方解石の間の異なる方向のずれ。 (a) および (b) 選択した円錐形ユニット ((a) および (b) の黄色とマゼンタの星) のモードでの殻壁の断面の EBSD バンドコントラスト測定 (灰色で表示)双晶の個別/ドメイン配向 (スケッチされた結晶)、対応する極点図、方位差角度分布、方位差-距離図。極点図と後者の図は、円錐形のユニットの方解石が双晶であることを示しています。隣接する円錐形のユニットは、互いに方向がずれているだけです (a)。方解石の c 軸は常にシェルの壁 (スケッチされた結晶の白い矢印と方向) に対して垂直であり、シェルの曲率に合わせて回転します。スケッチした結晶の方解石の c 軸方向がわずかに変化しているのがわかります。

このような双晶円錐形結晶ユニットの極点図（図7a、bの黄色またはマゼンタの星）は、同様のc軸とa * 軸の配向を示していますが、{104}極は[001]の周りで60°回転しています。 ] 軸が 2 つのドメイン間に存在します (図 7)。ツインドメイン/個体は単一の境界面で分離されておらず、円錐形のユニット内で強く絡み合っています（図6a、図6aに示されているユニットは図7bではマゼンタの星で示されています）。これらの界面を横切る A から B までのプロファイルに沿って、方位誤差 - 距離図で 0° と 60° の間で繰り返しスイッチングが観察されます (図 7b)。この特定の例では、1 マイクロメートルあたり 1.5 個の双壁が見つかり、これは 0.7 μm ごとに 1 つの双壁に相当します。要約すると、{001}、{100}、および {104} の極点図、方位誤差角度図の 60° 方位誤差の顕著なピーク、および方位誤差距離図で再発する 60° 方位誤差は、次のことを明確に示しています。円錐形のユニットの方解石は多合成により双晶化されています。

方解石の c 軸は常にチャンバー壁面に対して垂直であり、チャンバー壁の曲率とともに回転します (図 7 にスケッチされた結晶の c 軸方向)。隣接する円錐形のユニットは、シェルの曲率に従う c 軸の小さな相対傾斜と、<001> の周りの相対回転のランダムな角度によって関連付けられます (図 7)。

シェルの接線方向のカットにより、円錐形のユニットが観察できます（図8、S6）。よく観察できるのは、円錐形ユニットの不規則なフラクタル樹枝状形態（図8b）、サイズの大きな変化、および強い相互嵌合（図8a、c）です。双子の関係は隣接する円錐形ユニット内にあり、ユニット間ではないことは明らかです（図8d、S6の方位差-距離図）。

Pulleniatina obliquiloculata の円錐形の結晶単位を接線方向から見た図。 (a) および (c) EBSD スキャンでは、結晶方位を色分けしてスキャンします。円錐形結晶の樹枝状フラクタル形態がよくわかります (a)、(b)、(c)。円錐形のエンティティ (a)、(c) が強く絡み合っていることに注目してください。プロファイル A から B (c) の方向のずれと距離の関係の図 (d) は、円錐形のユニットがランダムな角度で相互に方向がずれており、双晶関係によって互いに関連していないことを示しています。

有孔虫を外骨格を持つ他の無脊椎動物と区別する独特の現象は、有孔虫が新たな部屋形成イベントのたびに、骨格を超えて細胞質を拡張することです。有孔虫の細胞質は非常に可動性があり、特に最後から 2 番目のチャンバーと最終チャンバーを満たす細胞質は、最終チャンバーの有機エンベロープを形成し、外殻表面に広がります。有孔虫の細胞質は常に双方向に運動しており、外部環境と内部環境の間の交換とコミュニケーションを確保しています22。

有孔虫の細胞質は、(1) より古い部屋に存在する緻密な小胞体、(2) 主に最終部屋に存在する網状小胞体、および (3) 最終部屋の最外側部分を画定し、殻表面全体を覆う根足のエクトプラズムに分化します13 、15．根足のエクトプラズムは、細長い延長部である仮足を形成します。仮足は真核生物の細胞膜の突起であり、アクチンフィラメントのネットワークで構成されています 21,23。それらの形状に基づいて、さまざまな種類の仮足が区別されます：葉状仮足、糸状仮足、網状足、および球状仮足23、24、25。

有孔虫の炭酸塩殻の石灰化は、さまざまな仮足組織によって実行および誘導される多段階プロセスです 21,26 が、常に活動的な石灰化で発生する特定の生理学的制御と組み合わせて行われます 27,28,29,30。部屋の形成は、細胞質の膨らみであるグロボポディウムの出現から始まります。グロボポディウムは粒状で緻密な内部と、密度が低く半透明の外部部分を持っています31。根足のストランドの配列が球足の隆起の表面から放射状に広がり、保護的な外球を形成します 31、32、33。石灰化は、球足/根足フィラメントのネットワークである POS21、31、32、33 内の球足の半透明部分の周囲で始まります。室形成の球足段階は、根足のアクチンが豊富なフィラメントの完全な石灰化によって終了します。

私たちの研究は、POSの球足/根足の鎖が、最初に分泌される結晶の多くの構造的特徴、つまりサイズ、形状（図2、5）、結晶方位（図11）、および60°の有無を決定することを示しています。 /[001] 双晶配向 (図 10、11)。 P. obliquiloculata の POS ネットワーク内で、フィブリル状のブロック状の結晶が見つかります。したがって、POS の生体高分子物質は、シェルを形成する両方の主なタイプの結晶、つまり双晶の円錐形ユニットを含むナノフィブリル (図 5、6、7) と、一般にブロック状の結晶を鋳型にすることができます。双生ではありません (図 2、S2)。

進行中の鉱化により、POS との直接接触でも結晶の堆積が発生します。したがって、核形成を導き、最初の結晶の構造的および結晶学的特性を決定する有機テンプレートは、殻壁の炭酸塩内に埋め込まれ、外部環境とのさらなる交換から遮断されます。その活動的な機能は、殻形成の球足段階が完了すると終了します。

POS の根足ネットワークの石灰化と同時に、球足鎖が葉状仮足に変化します 21。後者は細胞質物質から構成され、殻の内外表面を裏打ちする網状の薄板です21、31、32、33、34、35、36。 POS ネットワークの石灰化 (殻形成の球状足段階) に続いて、さらなる結晶成長が葉状仮足 (殻形成の葉状仮足段階) によって媒介されます。 Banner ら 35 は、有孔虫の骨格形態形成の決定における内層と外層の有機内層の重要性を最初に強調したうちの 1 人です。 Tyska et al.34 は、有孔虫の有機内層の機能、組成、構造的性質について優れた概要を示しています。後者の 2 つの研究と私たちの研究を組み合わせると、有孔虫方解石の主要な構造的特徴は、POS ネットワークが石化されるときにあらかじめ決定されると結論付けられます。 POS の両側での殻壁成長中のこれらの構造的特徴の維持は、葉状仮足の機能と細胞内 pH28、29、30 の上昇および過飽和の強化によって維持されます (この研究)。

葉状仮足は動的で活動的です23,31,34。図 1、S3、S4 は、外殻壁内で周期的に発生する有機物質の残骸を視覚化しています。 Rotaliida の場合、新しいチャンバー形成イベントごとに、以前に形成されたすべてのチャンバーの表面に方解石の新しい層が堆積します 1,8。この段階では新たな結晶核形成の兆候は見られませんが、POS から外殻表面まで、殻壁全体にわたって既存の結晶がスムーズに継続的に成長していることがわかります (図 9、S8)。葉状仮足の有機物質は網状であるため、結晶化の障壁にもならず、追加の核形成のための追加のテンプレートにもなりません。よりスムーズな結晶化へのガイドとなります。結晶化が再び再開されると、鉱物相、結晶配向、およびナノ構造のタイプは、以前のチャンバー形成イベント中に分泌された結晶のものと同じように保たれます。これは独特の石灰化特性であり、例えば二枚貝や腕足類の殻で観察されるものとは全く異なります 37,38,39。後者では、有機膜はむしろ、異なる微細構造を有する隣接する生物結晶と隣接するシェル層との間の分割である37、38、39。新しい部屋が形成されるたびに、球足と葉状足の分泌段階が繰り返されるため 21、22、32、34、新しい外側と内側の葉状足も同様に分泌されます。これらは、各チャンバーに対して 1 回だけ、および POS の根茎鎖によって決定される結晶の種類の継続的な成長を促進します。したがって、葉状足の有機物質は、有孔虫の炭酸塩の結晶化も積極的に指示し、結晶成長中に殻の外表面まで形態学的およびナノ構造的特徴がスムーズに伝達されるように導きます。葉状仮足の内層と外層の間に化学組成や構造的特徴に違いがあるかどうかはまだわかっていません 34,36。 POS の両側の結晶の微細構造と結晶学的特性の大きな違いは、内側と外側の葉状仮足の構造的/組成的な違いを示しています。

円錐形の双晶ユニット内の結晶形態とサイズの滑らかで安定した変化。 POS内のナノフィブリル（(a)の赤い矢印）から始まり、外殻表面の大きな板状/ブレード状の結晶に発達します（b）。 (c) 連続するチャンバー形成サイクルに関連する有機物質のインターカレーション (波状の黒い線) は、結晶の形状とサイズの定常的な変化、または円錐形ユニット内の方解石の双晶化特性を妨げません。 (a)、(b)、(c) Pulleniatina obliquiloculata の殻壁全体をエッチングした矢状断面の BSE 画像。

結晶軸の方向は、POS の 2 つの側面に沿って堆積された結晶で類似しています (図 10b ～ e)。ただし、結晶共配向強度は、外殻層の方解石よりも内殻層を形成するブロック状方解石の方が低くなります（図10d、e）。後者では、方解石単位が強く相互嵌合しており（図8a、c、10b）、個々の結晶単位は階層的な内部構造を持っています（図4）。

Pulleniatina obliquiloculata 貝殻の POS の両側の結晶および結晶集合体の構造的特徴。 (a) EBSD バンドコントラスト測定。60° 粒界の分布が赤い線として重ね合わされています。 (b) と (e) は結晶方位マップ、(d) と (f) は対応する極点図です。 POS の両側の結晶と結晶単位の構造的特徴の図: (1) 双晶化したフィブリルから板状の結晶集合体 (b)、および (2) 双晶化していない塊状の結晶 (e)。塊状結晶集合体とフィブリル/繊維状板状結晶集合体は、同様の優先配向組織 (d、f) を持っていますが、微細構造と結晶共配向強度が異なります。ブロック状の結晶は、繊維状/板状の結晶と比較して、同一配向性がわずかに劣ります。方解石の c 軸は、ブロック状およびフィブリル/板状結晶集合体の両方でシェル表面に対して垂直です ((b)、(d)、(e)、(f) の白と黒の矢印)。

ロタリイド有孔虫殻方解石 (この研究および ying et al.18) の形態は、他の生物起源の炭酸塩の形態とは著しく異なります。炭酸塩の葉、ラス、繊維、錠剤、プリズム、軟体動物または腕足類の柱（図S9、S10）の代わりに、回転形有孔虫の殻の結晶は、樹状フラクタルの輪郭と特定の内部ナノ/マイクロ構造を備えた不規則/不規則な形態を示します。さらに、回転体殻の成長中に内部メソ結晶ナノ構造がどのようにしてフィブリルからプレート/ブレードにスムーズかつ着実に変化するかは注目に値します（図9）。これは他の海洋生物の生物鉱化にはほとんど見られない特徴です。しかし、腕足類と軟体動物に共通するのは、炭酸塩のc軸配向が硬組織表面に対して垂直であるという事実です（図7、10）。

上述の構造的特徴は、方解石、特に外殻層を構成する結晶が成長競争の過程を通じて形成されることを示しています。

結晶化が競合成長によって起こると、多くの結晶がランダムな方向で互いに近接して核形成し、成長時に空間をめぐって競合します 40,41。結晶の成長速度には異方性があるため、結晶の成長発達には方位選択性があります。微小な結晶が大きな実体に成長する可能性は、結晶の最も速い成長ベクトルが核生成テンプレートに垂直な方向から離れるにつれて減少します。成長競合プロセスの結果、核生成基板から遠ざかるにつれて結晶の数が大幅に減少し、それに伴い結晶サイズが増大し、結晶の同一配向強度が徐々に強くなります。成長競争では、核生成表面に垂直な最速の成長軸を持つ結晶だけが核生成点から外殻表面まで成長し続けます。方解石の場合、最も速い成長軸は c 軸です。図9およびS7は、成長競合によって得られた結晶形成の例を示しており、樹状フラクタルを有する結晶（P. obliquiloculata、Rotaliida、図9）と規則的な結晶形態を有する結晶（Argonauta hians、Cephalopoda、図9）の微細構造の違いを視覚化しています。 S7)。

成長競争による殻の形成はロタリダだけで観察されるわけではありません。これは、腕足類の殻の柱状層 37、頭足類の殻 42,43、および真異歯類の二枚貝の角柱層 44 について報告されています。成長競争による殻の成長の構造的特徴は、P. obliquiloculata の方解石、POS と外殻表面の間の殻層についてよく観察できます。結晶サイズの増加が見られ、P. obliquiloculata の最外殻層は大きな結晶で形成されています。これらは平行に組み立てられ、シェル表面に対して垂直な c 軸配向を持っています。それにもかかわらず、P. obliquiloculata 方解石の場合、好ましい c 軸配向は POS での核形成後にすでに存在していることを心に留めておくことが非常に重要です (図 11)。これは、最初の結晶化時に有機テンプレートによっても促進される結晶配向テクスチャーを示しています。

Pulleniatina obliquiloculata の殻壁の断面における内殻壁層から外殻壁層までの結晶配向強度の推移。 (a) ～ (e) EBSD バンドコントラスト測定画像 (灰色) 内の白い矢印は、サブセットとして取得された円錐形ユニットの関連セクション (カラー) を示します。 (a) ～ (e) に示す対応する極点図は、これらのサブセットのみの結晶方位データを示しています。 (a): POS の殻壁部分とブロック状結晶からなる殻部分。 (e): 皮質に近い殻壁セクション。結晶方位の強さは MUD 値で与えられます。我々は次のことを発見しました: (1) POS/ブロック状結晶 (a) から皮質 (e) までの結晶量の減少を伴う MUD の増加、(2) ただし、すべての結晶で類似/比較可能なテクスチャパターンを維持サブセット。これは、結晶の結晶軸の配向が POS 内で POS のポリマーネットワークによってすでに決定されていること、および結晶の組織が競合成長プロセスによって与えられ開始されるだけではないことを示しています。

結晶が溶液から成長する場合、過飽和が核生成と成長の原動力となります45、46、47。高い過飽和では、核生成は非常に急速で壊滅的な現象となり、多数のランダムな方向を向いた核が生成されます 45。実際、P. obliquiloculata 方解石が高い過飽和で形成されるという兆候があります。(1) 殻の形成が非常に速い。新しいチャンバーは約 6 時間以内に完成します 22,48、(2) 生理学的結果は、ミネラル分泌時の pH の上昇を示しています 28,29,30、(3) POS およびその近くで成長双生児の広範な形成が見つかりました (図 2)。 10a)。

過飽和度に基づいて、結晶成長領域を定義することができます。これらは結晶形態の違いを引き起こします49,50。成長表面上のイオンの低い過飽和と高い移動度で形成される結晶は、明確な形態と滑らかな合理的な表面を発達させます。過飽和の増加とイオン移動度の減少は樹枝状形態の形成を誘導しますが、非常に高いレベルの過飽和は応力の蓄積と二次核生成によって球晶の形成を誘導します50。樹枝状から球晶状の結晶形態は、拡散および連続成長プロセスで発達します50、51、52。高過飽和で支配的な結晶成長プロセス。 49、51、53 と同様に、樹枝状結晶形態は、P. obliquiloculata 結晶が増加/高過飽和条件下および低下した表面移動度で形成されることを示していると結論付けることができます。

pH が上昇すると、溶液中の CaCO3 の過飽和が増加します 54。 pH の振動により、結晶化系が過飽和状態から過飽和状態に、低 pH での溶解から高 pH での急速な沈殿に至ることが知られています 51,52。有孔虫の殻の石灰化では、細胞内 pH が 7、7.5 から 9 に上昇することが報告されています 30,48。高 pH/高過飽和条件により、ロタリイドシェル方解石の樹枝状結晶形態が形成され、高い沈殿速度が得られます。成長が行われる有機マトリックスにより、これらの有機内層を通るチャネルへのイオンの移動が制限され、成長表面でのイオンの移動が減少します。これは、方解石ナノフィブリル/ナノプレートの形成とフラクタルマイクロスケール結晶形態に変換されます。これに伴う競争的な成長プロセスにより、(高い pH と高い過飽和により) シェルの鉱化の開始時に核を生成する多くの結晶のうち、大きな実体に成長し、優先的な結晶軸配向を持つ結晶はほんのわずかしかなくなります。シェル表面に垂直な c 軸の好ましい配向は、機械的目的にとって重要です。方解石結晶は {104} 面で容易にへき開し、<001> または c 軸方向がすべての {104} へき開面と可能な限り最大の角度を形成するため、潜在的なへき開亀裂がシェルに垂直になるのが防止されます。それらはさらに、各結晶粒界で偏向されて、c 軸の周りにランダムな配向を持つ隣接する結晶に到達します。したがって、軸方向/円筒状の組織は、方解石の劈開によるシェルの破壊を防ぐための優れた解決策を提供します。

我々の微細構造、組織結果に基づいて、P. obliquiloculata 方解石の形成は、(1) 厳密に生物学的制御と (2) 一般的な物理化学的制御の組み合わせの結果であると推定できます。後者は無機界でも見られます。 De Nooijer ら、Geerken ら 10,48、ToyoFuku ら 29 は、方解石形成の開始は、Ca2+ とプロトンの交換によって引き起こされる、石灰化部位での pH の上昇の結果であると報告しています。核形成は、POS の根茎ネットワーク内で始まります。最初に形成される結晶の結晶学的および形態学的特徴は、POS の生体高分子鎖によって決定されます。したがって、最初の結晶形成は主に生物学的決定因子によって制御されます: (1) 核形成に影響を与える生理学的プロセス、および (2) POS の生体高分子ネットワークの鋳型効果。方解石結晶の成長の継続、結晶サイズ、形状、配向/不配向などの構造特性の伝達、双晶パターンは、物理的、熱力学的、および運動学的効果、つまり過飽和状態と競合成長プロセスによって大部分制御されます。したがって、POSの石灰化に続いて、さらなる殻壁の形成は主に物理的プロセスによって決定されますが、それにもかかわらず、葉状仮足の内層である生体高分子によっても誘導されます。

ナノフィブリルおよび樹枝状フラクタル結晶形態に加えて、60°/[001]方解石双晶の高度な蓄積は、P. obliquiloculata の殻で観察されるもう1つの顕著な構造的特徴です（図6、7、10a）。双晶結晶はナノフィブリル/ナノ板状の微細構造を持っています。ブロック状の結晶の集合体が双晶になることはほとんどありません。

起源に基づく場合、双子は成長双生児、変態双生児、および変形双生児に分類されます55、56、57。双晶は、同じ相の 2 つ以上の結晶/ドメインの規則的な連晶として定義され、明確に定義された結晶学的合理的な配向関係を通じて互いに関連しています 56。双晶では、一方のドメイン (双晶) の格子配向は、もう一方のドメイン (双晶) の結晶方位に対して明確な合理的な関係があります。

P. obliquiloculata の殻の中の双子は成長期の双子です。それらは機械的変形や相変態によって引き起こされるものではありません。成長双生児は成長中に定常状態から逸脱することによって形成され、その形成は過飽和の増加下で起こります55,56。過飽和度が最も高いのは核生成前または核生成時であるため、結晶化プロセスの最初の段階で成長双晶が形成される可能性があります。我々は、60°/[001]方解石双晶の形成を示す60°粒界の最も多くの蓄積がPOS内または/およびPOSにあることを観察した(図10a)。これらのシェル部分の方解石はナノフィブリルの束から構成されています（図2）。したがって、P. obliquiloculata の殻で双生しているのは主にナノフィブリル/ナノプレートの配置です。機械的な理由から、フィブリルのシェル全体を形成することは好ましくありません。むしろ、方解石の c 軸が殻壁に対して垂直になることが重要です。競合的な成長プロセスは後者の特性を制御し、c 軸がシェルの表面に垂直な、大きく高度に相互結合した結晶単位の形成を開始します。

要約すると、我々の P. obliquiloculata 方解石の構造結晶学的研究は、有孔虫方解石の生体石灰化における pH 28、29、30 の上昇状態を確認します。強力な双晶形成と非常に広く普及している非常に不規則な結晶形態は、核生成時と最初の結晶形成時、特にフィブリル結晶の形成時における高い過飽和状態を示しています。 POS の両側の結晶形状の明確な違いは、過飽和状態の違いを示している可能性があります。

数十年にわたる研究にもかかわらず、有孔虫の殻の生物石灰化につながるプロセスについてはまだ一般的なコンセンサスがありません10、58、59、60、61。海水のエンドサイトーシス、膜貫通イオン輸送体の利用、イオン特異的な有機テンプレートの形成、ミトコンドリア活性に関連した特権空間の生成など、複数のメカニズムが示唆されています10。過飽和と pH は溶液からの結晶化に正の相関がある 53 ため、有孔虫方解石の形成につながる少なくとも 1 つのプロセス、すなわち石灰化部位での pH の増加 29,30,48 が構造結晶学 (この研究) から現在実証されています。また、生理化学的 28,48 の観察、測定、および結論からもたらされます。

ロタリイド有孔虫方解石の結晶学的優先配向は、他の炭酸塩生体材料や生体模倣類似体でよく見られるパターンに従います 62、63、64、65 が、ナノおよび微細構造特性は独特です。 P. obliquiloculata、Rotaliida については、次の結論を導き出します。

P. obliquiloculata の殻は、2 つの主要なタイプのメソ結晶で形成されています。これらはサイズ、形態、および結晶学的特徴が異なります。POS の下の内部シェル層ではサイズ 10 μm に達するブロック状結晶と、ナノフィブリルから板状に滑らかに進化する内部構造を有する数十μm に達するフラクタル/樹枝状メソ結晶です。外殻層。

核形成と最初の結晶成長をテンプレートとする POS の生体高分子ネットワーク内で、両方のタイプの結晶が見つかります。

外殻層のナノフィブリル/ナノ板状/板状方解石は、60°/[001]双晶の関係に従って、強く双晶化されています。

結晶の樹枝状フラクタル形態と強く発達した双晶は、結晶核形成およびシェル成長時の高過飽和および高 pH 条件を示しています。私たちの構造的結果は、28、30、48 の結論を裏付けています。

結晶、特に外殻部分を形成する結晶は、成長競争によって形成および成長します。

方解石の c 軸は、シェルの外側および内側の壁面に垂直で、シェルヴォールトの曲率に合わせて回転します。後者は、競争的な成長メカニズムの結果である可能性があります。ただし、テクスチャは、POS の有機テンプレートによって核形成の段階ですでに促進されている可能性もあります。

有孔虫殻方解石の製造には 2 つの決定要因があり、主に生物学的決定要因と主に物理的決定要因があります。

Pulleniatina obliquiloculata の種は、東太平洋の堆積トラップから入手されました。

小規模な内部構造と殻内の有機物質の存在を視覚化するために、殻の断面がエッチングされました。まず、ガラスナイフとダイヤモンドナイフを使用してシェルを切断および研磨することにより、平らな表面が得られました。次に、平坦な表面を、0.1 M HEPES 緩衝液 (pH = 6.5) および 2.5% グルタルアルデヒド溶液でそれぞれ 90 秒および 120 秒間エッチングしました。サンプルを１００％イソプロパノール中で各１０秒間３回リンスすることによってエッチングを終了させた。続いて、サンプルを臨界点乾燥し、4 ～ 6 nm の Pt/Pd でコーティングしました。 SE または/または BSE 画像は、Hitachi SU5000 FE-SEM を使用して 4 kV で撮影されました。この研究で提示された画像は BSE のコントラストを示しています。 SEM 顕微鏡写真は、Hitachi SU5000 後方散乱検出器を使用して撮影され、BSE (後方散乱電子) コントラストを示します。 62、63も参照してください。

有孔虫の殻を低粘度の EPON 樹脂に埋め込み、ウルトラミクロトームでガラス、トリミング、ダイヤモンドナイフを使用して切断および研磨しました。試験片は、主開口部がナイフの方向に配置されるように配向されました。 EBSD 測定では、サンプルを 4 ～ 6 nm のカーボンでコーティングしました。測定は、Oxford EBSD および EDS 検出器を備えた Hitachi SU5000 電界放出型 SEM で実行されました。

EBSD 測定は、100 ～ 200 nm のステップ増分で実行されました。方解石の微細構造は色付きの EBSD マップで示されており、同様の色は同様の結晶配向を視覚化し、異なる色は結晶配向の違いを示します。テクスチャという用語は、材料内のさまざまな結晶方位に関連しており、極点図で表されます。 EBSD 測定は、Nordlys II EBSD 検出器を備えた Hitachi SU5000 FE-SEM で実行されました。測定中、SEM は微結晶のサイズに応じて 15 kV および 20 kV で動作しました。データは、Oxford Instruments AZTEC および CHANNEL 5 HKL ソフトウェアを使用して収集および評価されました。 EDS 測定は、Hitachi SU5000 FE-SEM に取り付けられた OXFORD X-Max80 EDS 検出器を使用して実行されました。

微細構造は、色分けおよびグレースケールの EBSD バンドコントラスト測定マップと色分けされた EBSD 方位マップで表示されます。カラーリングコードは図に示されているか、関連する図のキャプションに記載されています。結晶方位マップでは、類似または異なる色は、それぞれ類似または異なる結晶子方位を示します。バンドコントラスト測定画像は、各測定点の信号強度を示しています。高い信号強度は明るい灰色に対応し、結晶格子での強い回折を示します。かすかな灰色または暗い色は、ポリマーなどの非回折物質、または EBSD ソフトウェアで自動的に分解 (インデックス付け) できない微結晶の重なりを示します。

組織（結晶学的優先配向）は、配向データまたはその密度分布を与える極点図で表されます。

密度分布については、CHANNEL 5 ソフトウェアの半値幅とクラスターサイズに可能な限り低い設定 (半値幅 5、クラスターサイズ 3 度) を使用します。半値幅は、投影球面上の極の広がりの範囲を制御し、クラスターは同じ向きのデータで構成されます。

生物結晶と生物結晶ユニット内および生物結晶ユニットの間の方解石結晶子の配向強度 (MUD 値で与えられる) は、測定された EBSD データの密度分布から導出されます。 MUD (均一 (ランダム) 分布の倍数) 値は、Oxford Instruments CHANNEL 5 EBSD ソフトウェアを使用して計算されます。高い MUD は結晶の同一配向強度が高いことを示し、一方、低い MUD 値は微結晶または鉱物単位の同一配向の強度が低いことを反映します。 MUD が 1 の場合は、ランダムな分布と優先配向がないことを示します。MUD が 700 を超えると、ほぼ完全な同一配向が文書化されます。単結晶性62、63、64。

軸方向テクスチャーは、c 軸が同一配向 (極点図で単一方向の周りにクラスター化) を示すときに与えられますが、対応する a* 軸はテクスチャー軸方向に垂直な大円上で配向が異なります。

生物方解石における双晶現象について説明します。双晶は、同じ相の 2 つの結晶の連晶です。双晶は双晶個体/双晶ドメインから構成されます。双晶結晶の個々/ドメインは異なる方向を持っています。それらの配向関係は、結晶格子面上のミラー操作または結晶軸の周りの回転を通じて結晶学的に定義されます。特定の双則則を、(1) 双則則の場合、特定の方位差境界の存在と分布パターン、(2) 方位差角度分布図における双則則の特徴的なピーク、および (3) 双則則の極点図によって証明します。私たちが説明する方解石の双子の法則。方解石には 4 つの双晶則があり、それぞれ {001}、{012}、{018}、{104} 双晶面で双晶になっています。双晶結晶の方位関係は、平面上のミラー操作または軸の周りの回転を通じて関連付けられる必要があるため、たとえば {001} 双晶の法則に従って双晶になっている場合、双晶個体/双晶ドメインに共通するのは c- および a です。 *-軸の方向。したがって、双生児/双生児ドメインでは、c 軸と a* 軸の配向が類似している必要があり、したがって、配向データは c 軸と a* 軸の極点図で同じ位置に収まる必要があります。上記の特性はすべて EBSD 測定から得られ、隣接する結晶間の双晶関係を明確に証明するには満たす必要があります。

この寄稿では、(1) 方解石フィブリル、(2) フィブリルの束状結晶への集合、(3) 束状結晶の融合、および殻壁の矢状断面での (4) 錐体の形成について説明します。形状の方解石ユニット/エンティティ (図 S1)。さらに、フィブリルが外殻表面を縫い合わせる不規則な形状の (5) 板状結晶に発達することも示します。上記の微結晶、結晶および方解石ユニットの定義とそれらの形態の視覚化については、図S1を参照してください。 P. obliquiloculata の 1 つの殻サンプルをミクロトームで 2 つの異なる深さに切断し、研磨しました。その後、表面をエッチングし、臨界点で乾燥させ、SEM で画像化しました。両方のセクションで非常に類似した内部構造が得られます（図S5）。したがって、P. obliquiloculata 方解石の原繊維から板状の性質は、この生体材料の独特の構造的特徴です。

Rotaliida 有孔虫の方解石とアラゴナイトの核生成と結晶成長は、仮足鎖の生体高分子ネットワーク上で発生します。これらは、いわゆる一次有機シート、POS を形成します。

現在の研究中に生成および/または分析されたデータセットは、ZENODO リポジトリで利用できます。ウェブリンク: https://zenodo.org/record/6655936#.YqxO5HZBxaQ; https://doi.org/10.5281/zelando.6655936 のほか、要求に応じて責任著者からの提供も可能です。

Gupta、BKS Modern Foraminifera 361 (Kluwer Academic Publishers、2002)。

Google スカラー

Debenay, J.-P.、Guillou, J.-J.、Redois, F. & Geslin, E. 環境微小古生物学: 環境地質学への微化石の応用 (Martin, RE 編) Ch. 2、39–67 (Springer、2000)。

Kucera, M. 海洋地質学の発展 Vol. 1 (Hilaire-Marcel, C. および De Vernal, A. 編) Ch. 6、213–262 (エルゼビア、2007)。

デベネイ、J.-P. & ギルー、J.-J. 熱帯環境における有孔虫の集団によって示される生態学的変遷。河口 25、1107–1120 (2002)。

記事 Google Scholar

Caulle, C.、Koho, KA、Mojtahid, M.、Reichart, GJ & Jorissen, FJ アラビア海北部の有孔虫動物相のライブ (ローズベンガル染色): OMZ 内およびその下の動物相の遷移。 Biogeosciences 11、1155–1175 (2014)。

記事 ADS Google Scholar

リップス、JH 有孔虫の構造をテストします。アンヌ。 Rev.Microbiol. 27、471–486 (1973)。

記事 CAS Google Scholar

Hemleben, C.、Bé, AWH、Anderson, OR & Tuntivate, S. プランクトン性有孔虫 Globorotalia menardii (d'Orbigny) の形態、有機層、および室形成をテストします。 J.有孔虫。解像度 7、1–25 (1977)。

記事 Google Scholar

ゴールドスタイン、ST 有孔虫：生物学的概要。現代の有孔虫、Ch. 3 (Gupta 編、BKS) 37–55 (Springer、1999)。

Google Scholar の章

Erez, J. 有孔虫における生体石灰化のイオン源と、古海洋学的プロキシに対するそれらの影響。ミネラル牧師。ジオケム。 54、115–149 (2003)。

記事 CAS Google Scholar

de Nooijer、LJ、Spero、HJ、Erez、J.、Bijma、J. & Reichart、GJ 穿孔有孔虫における生体石灰化。地球科学。牧師 135、48–58 (2014)。

記事 ADS Google Scholar

Hottinger, L. 一部の層状穿孔有孔虫の深さに応じた装飾。共生 42、141–151 (2006)。

Google スカラー

Gooday, AJ、Nomaki, H.、Kitazato, H. 現代の深海底生有孔虫: 形態学に基づいた生物多様性と栄養多様性の簡単なレビュー。ゲオル。社会。ロンド。仕様出版物。 303、97–119 (2008)。

記事 ADS Google Scholar

ボルトフスコイ、D. & コレア、N. 世界の海洋における放散虫ポリシスチナ (原生生物) の生物地理学。プログレ。海洋学者。 149、82–105 (2016)。

記事 ADS Google Scholar

高木洋ほか現代の浮遊性有孔虫における光共生の特徴付け。生物地球科学 16、3377–3396 (2019)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ボルトフスコイ、E. & ライト、R. 最近の有孔虫 Ch. VII、159–195 (Springer、1976)。

Boudagher-Fadel、MK 浮遊性有孔虫の生層序および地質学的重要性。 2、改訂版 (UCL Press、2015)。

Schiebel、R. プランクティック有孔虫の堆積と海洋方解石の収支。グローバルバイオ地球化学。サイクル 16、3-1 ～ 3-21 (2002)。

記事 Google Scholar

イン、Ｘら。底生回転形有孔虫の積層殻の二重層における方解石の結晶配向パターン。Ｊ．Ｓｔｒｕｃｔ．バイオル。 213、107707 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Baohua, L.、Zhimin, J. & Pinxian, W. Pulleniatina obliquiloculata は、過去 20,000 年間の沖縄南部トラフの古海洋学的指標として研究されました。 3月ミクロパレオントール。 32、59–69 (1997)。

記事 ADS Google Scholar

Qin, B.、Li, T.、Xiong, Z.、Algeo、TJ & Jia、Q. 海洋酸性化ではなく海水温度によって制御される浮遊性有孔虫の石灰化。地球規模の惑星。変更 193、103256 (2020)。

記事 Google Scholar

Tyszka、J. et al. 有孔虫の生きた実験から明らかになった生体石灰化中の F-アクチンの形態と機能。手順国立アカド。科学。 116、4111–4116 (2019)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Schiebel, R. & Hemleben, C. 『現代の海洋におけるプランク性有孔虫』 3、111–127 (Springer、2017)。

Small、JV、Stradal、T.、Vignal、E. & Rottner、K. lamellipodium: 運動が始まる場所。トレンドセルバイオ。 12、112–120 (2002)。

記事 CAS Google Scholar

Golen, J.、Tyszka, J.、Bickmeyer, U. & Bijma, J. 有孔虫の SiR アクチン標識顆粒: パターン、ダイナミクス、および仮説。生物地球科学 17、995–1011 (2020)。

記事 ADS Google Scholar

Bogitsh, BJ, Carter, CE & Oeltmann, TN 人間寄生虫学第 4 版（アカデミックプレス、2013）。

Google スカラー

Schiebel、R. & Hemleben、C. 現代のプランク性有孔虫。パレオントル。 Z. 79、135–148 (2005)。

記事 Google Scholar

Nehrke, G. et al. 有孔虫検査の生体石灰化および微量元素サインの新しいモデル。 Biogeosciences 10、6759–6767 (2013)。

記事 ADS CAS Google Scholar

de Nooijer, LJ、Langer, G.、Nehrke, G. & Bijma, J. 底生有孔虫アンモニア・テピダにおける海水の取り込みと石灰化の生理学的制御。 Biogeosciences 6、2669–2675 (2009)。

記事 ADS Google Scholar

豊福哲ほかプロトンポンピングは有孔虫の石灰化を伴います。ナット。共通。 8、14145 (2017)。

記事 ADS CAS Google Scholar

de Nooijer、LJ、豊福、T.、北里、H. 有孔虫は、細胞内の pH を上昇させることによって石灰化を促進します。手順国立アカド。科学。 106、15374–15378 (2009)。

記事 ADS Google Scholar

Nagai, Y.、Uematsu, K.、Wani, R.、ToyoFuku, T. 細かい活字を読む: 集束イオンビーム顕微鏡を使用して明らかになった有孔虫石灰化の超微細構造。フロント。 3月科学。 5、67 (2018)。

記事 Google Scholar

Angell、RW 有孔虫 Rosalina floridana (Cushman) における部屋形成のプロセス。Ｊ．Ｐｒｏｔｏｚｏｏｌ． 14、566–574 (1967)。

記事 Google Scholar

Angell、RW 有孔虫 Rosalina floridana のテスト構造と組成。Ｊ．Ｐｒｏｔｏｚｏｏｌ． 14、299–307 (1967)。

記事 Google Scholar

Tyszka, J.、Godos, K.、Goleń, J. & Radmacher, W. 有孔虫の有機内層: 機能的および系統学的課題。地球科学。改訂 220、103726 (2021)。

記事 Google Scholar

Banner, FT、Sheehan, R. & Williams, E. ロタリン有孔虫の有機骨格: レビュー。 J.有孔虫。解像度 3、30–42 (1973)。

記事 Google Scholar

Travis, JL、Kenealy, JF & Allen, RD 有孔虫の運動性に関する研究。 II. Allogromia laticollaris の網状足網の動的な微小管細胞骨格。Ｊ．ＣｅｌｌＢｉｏｌ． 97、1668–1676 (1983)。

記事 CAS Google Scholar

Simonet Roda、M. 他最近の腕足類の殻の構造: リンコネリド、テレブラツリド、テサイドおよび頭蓋骨の殻における生体結晶および生体高分子集合体の多様性。 3月Biol。 169、52（2022）。

記事 Google Scholar

ニュージャージー州ピーターら二枚貝の Mytilus galloprovincialis および腹足動物の Haliotis glabra の殻における生体結晶集合パターン、生体高分子の分布および材料特性の関係。マテリアリア、承認されました（2023）。

クリッパ、G. et al. 現代のグリシメリス殻のアラゴナイトの交差層状、繊維状の角柱状および筋層状の微細構造の配向パターン。Ｊ．Ｓｔｒｕｃｔ．バイオル。 212、107653 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

PL ブロートン鍾乳石炭酸塩の競争力のある成長繊維の環境への影響。内部。 J.スペロール。 13、31–41 (1983)。

記事 Google Scholar

Dickson、JAD 方解石集合体の構造を解釈するための結晶成長図。 J. 沈殿物。解像度 63、1–17 (1993)。

Google スカラー

チェカ、AG et al. アルゴノートは、物理的な自己組織化と細胞の感覚活動の調整によって殻を構築します。 iScience 24、103288 (2021)。

記事 ADS CAS Google Scholar

スティーブンス、K.ら。ベレムナイトの生物鉱化、発達、地球化学: ネオハイボライトミニムスの複雑な演台。パレオジオグル。古気候。パレオエコル。 468、388–402 (2017)。

記事 Google Scholar

Harper, EM & Checa, A. 二枚貝方解石プリズムにおける生理学的制御と生物学的制御: 真異歯類と翼形類の比較。バイオル。ブル。 232、19–29 (2017)。

記事 Google Scholar

Henisch、HK ゲルにおける結晶成長 111 (Dover Publications Inc、1996)。

Google スカラー

Rodríguez-Hornedo, N. & Murphy, D. 製薬システムにおける結晶化機構と反応速度論の制御の重要性。Ｊ．Ｐｈａｒｍ．科学。 88、651–660 (1999)。

記事 Google Scholar

Barrett, M.、McNamara, M.、Hao, H.、Barrett, P. & Glennon, B. 結晶化プロセスの開発、最適化、制御のための過飽和追跡。化学。工学解像度デス。 88、1108–1119 (2010)。

記事 CAS Google Scholar

Geerken, E. et al. 高い降水速度は、底生有孔虫アンモニアベッカリーの生物鉱化作用を特徴づけます。ゴチム。コスモチム。 Acta 318、70–82 (2022)。

記事 ADS CAS Google Scholar

砂川一、鉱物結晶の形態からみた自然界の結晶成長の特徴。ブル。ミネラル。 104、81–87 (1981)。

CAS Google スカラー

Asenath-Smith、E.、Li、HY、Keene、EC、Seh、ZW、Estroff、LA バイオミネラリゼーションのモデルとしてのヒドロゲル内での炭酸カルシウムの結晶成長。上級機能。メーター。 22、2891–2914 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

Chernov、A. 現代結晶学 III: 結晶成長 247 (Springer、2012)。

Google スカラー

砂川 I. 結晶、成長形態および完全性 350 (Cambridge University Press、2007)。

Google スカラー

Tai、CY、Chang、M.-C.、Wu、C.-K. & リン、Y.-C. 2 段階結晶成長モデルを使用した方解石成長データの解釈。化学。工学科学。 61、5346–5354 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Ruiz-Agudo, E.、Putnis, CV、Rodríguez-Navarro, C. & Putnis, A. 一定の aCa2+/aCO32- 比および過飽和における方解石の成長に対する pH の影響。ゴチム。コスモチム。 Acta 75、284–296 (2011)。

記事 ADS CAS Google Scholar

MJ バージャー双晶の起源。午前。ミネラル。 30、469–482 (1945)。

CAS Google スカラー

Hahn、T. & Klapper、H. 結晶の双晶化。内部。テーブル Crystallogr。 D、393–448 (2006)。

記事 Google Scholar

Richards、RP 方解石の 4 つの双子の法則とそれらを認識する方法。ロックスマイナー。 74、308–317 (1999)。

記事 Google Scholar

Spero, HJ 浮遊性有孔虫 Orbulina universa における室の形態形成と生体石灰化の超微細構造検査。 3月Biol。 99、9–20 (1988)。

記事 Google Scholar

Hemleben, C.、Spindler, M. & Anderson, OR 現代浮遊性有孔虫 (Springer、1989)。

Bentov, S.、Brownlee, C. & Erez, J. 石灰質有孔虫の生体石灰化プロセスにおける海水エンドサイトーシスの役割。手順国立アカド。科学。 106、21500–21504 (2009)。

記事 ADS Google Scholar

永井裕也ほか Rotaliid 有孔虫における生体石灰化枠組みの織り込み: 古海洋学的プロキシへの影響。生物地球科学 15、6773–6789 (2018)。

記事 ADS CAS Google Scholar

グライナー、M. et al. 生体模倣ヒドロゲル-方解石複合材料の形成に対する試薬濃度と寒天ヒドロゲル強度の複合的な影響。クリスタ。成長デス。 18、1401–1414 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

イン、Ｘら。ゼラチン - アガロース複合材料と Mg がヒドロゲル - 炭酸塩凝集体の形成と構造に及ぼす影響。クリスタ。成長デス。 19、5696–5715 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Griesshaber、E. et al. 応用鉱物学のハイライト (Heuss-Aßbichler, S.、Amthauer, G. & John, M. 編) Ch. 12、245–272 (De Gruyter、2017)。

グラナシー、L.ら。軟体動物とサンゴにおける生物鉱化のフェーズフィールドモデリング: 微細構造と形成メカニズム。 JACS 1、1014–1033 (2021)。

CAS Google スカラー

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我々は、Pulleniatina obliquiloculata 標本について、米国カリフォルニア大学デービス校沿岸海洋科学研究所の H. Spero 教授とカリフォルニア大学デービス校地球惑星科学科の AD Russell 博士に感謝します。サンプル調製の可能性と、LMU ミュンヘン第 2 生物学部の研究室での協力について、ドイツ、ミュンヘンの LMU ミュンヘン、Systematische Zoologie、Fakultät für Biology、Heidemarie Gensler に深く感謝します。 Hyotissa mcgintyi 標本については英国ケンブリッジ大学地球科学部の E. Harper 教授、Tegula atra 標本についてはチリのサンティアゴにある気候変動研究イノベーションセンターの N. Lagos 博士に感謝します。

Projekt DEAL によって実現および組織されたオープンアクセスの資金調達。資金はドイツ研究評議会によって提供されました (助成金番号 GR9/1234 SCHM/930/11-2)。

ユーリッヒ研究センター、エネルギー・気候研究所、IEK-2、52425、ユーリッヒ、ドイツ

J・ラスタム

地球環境科学部、ルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン、80333、ミュンヘン、ドイツ

E. グリースシェーバー、X. イン、WW シュマール

中央施設電子顕微鏡、ウルム大学、89081、ウルム、ドイツ

U. ラップ & P. ワルサー

科学機器センター、グラナダ大学、18071、グラナダ、スペイン

I. サンチェス＝アルマソ

Biozentrum LMU Munich, 82152, Planegg-Martinsried, ドイツ

M. ヘス

グラナダ大学層序古生物学部、18071、グラナダ、スペイン

A.チェコ人

アンダルシア地球科学研究所、CSIC-Universidad de Granada、18100、アルミーラ、スペイン

A.チェコ人

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JL、EG、XY はサンプルの調製と分析作業を実施しました。 EG、JL、XY が原稿を書きました。 UR、MH、PW はサンプルの調製と分析作業に貢献しました。 IS-A。サンプルを提供し、WWS と AC が原稿の最終バージョンに貢献しました。著者全員が原稿の最終版を修正しました。

E. Griesshaber への通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

ラスタム、J.、グリースシェーバー、E.、イン、X. 他双生回転形有孔虫殻方解石の独特の原繊維から板状のナノおよび微細構造。 Sci Rep 13、2189 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-25082-9

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受信日: 2022 年 5 月 24 日

受理日: 2022 年 11 月 24 日

公開日: 2023 年 2 月 7 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-25082-9

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