短期の温度ストレスに対するハナヤサイサンゴ（Pocillopora damicornis）の細胞微細構造変化

　　　　　　　　　　　　　理学コース　生物科学分野　　　　　　　　　原田　暢弥

　多くの造礁サンゴは、ポリプと呼ばれるイソギンチャク型の個虫が共肉によって多数繋がる群体を形成し，褐虫藻と呼ばれる渦鞭毛藻類（Symbiodinium spp.）を細胞内に共生させている。サンゴと褐虫藻の共生関係は水温上昇などの環境ストレスによって崩壊し、サンゴ細胞が褐虫藻を消化または排出することが知られている。褐虫藻の消化または排出に関する形態学的および生理・生化学的な研究がなされてきているが、それらの先行研究の多くは数時間または数日間の環境ストレスに対するサンゴの影響を調べている（本研究では長期ストレス実験と定義）。しかし、ストレス直後からストレス後数分間でサンゴがどのような影響を受けるのかを明らかにした研究（本研究では短期ストレス実験と定義）はほとんどない。本研究の目的は、短期の温度ストレス実験により、ハナヤサイサンゴ（Pocillopora damicornis）における褐虫藻との共生関係の崩壊過程を微細形態学的に明らかにすることである。
　サンゴに与える温度ストレスとして有効な温度を設定し、その温度ストレスに対する影響をもっとも反映するポリプの組織部位を特定するため、まず長期ストレス実験を行った。サンゴを採集した海水温に近い25℃をコントロールとし、19℃、21℃、25℃、29℃、31℃で5日間サンゴを培養し、固定・樹脂包埋後、ポリプの各組織部位の切片を観察し、褐虫藻の分布密度をコントロールと比較した。その結果、31℃で褐虫藻がもっとも顕著に減少し、また、褐虫藻の分布密度の変化がもっとも大きかったポリプの組織部位は触手であった。
　短期のストレス実験では、培養温度を25℃から31℃へ変化させた後、数分間で、ポリプ内で褐虫藻が遊離し始めた。高温ストレスを与え始めた後0分（コントロール）、15分、30分、1時間でサンゴを化学固定し、脱水・包埋し、触手の超薄切片を透過型電子顕微鏡で観察した。褐虫藻は胃層の細胞内にのみ共生しており、皮層細胞には存在しなかった。また、胃層には、褐虫藻を共生させていない細胞も多数存在した。褐虫藻をもたない胃層細胞と皮層細胞には、細胞質よりも電子密度の高い物質を含む小胞構造（本研究ではライソゾーム様構造と定義）が観察された。ライソゾーム様構造は細胞小器官を消化した産物と考えられる構造を内部に含んでいた。また、細胞質に空隙のある構造（本研究では細胞質の断片化と定義）も観察された。温度上昇後15分以降で、褐虫藻を含まない胃層の細胞では、ライソゾーム様構造が増加し、さらに肥大化したが、皮層細胞では増加、肥大化はみられなかった。また褐虫藻を含む胃層細胞においては、ライソゾーム様構造は全く観察されなかった。胃層の細胞では、温度上昇後30分以降で、細胞質が断片化する細胞数が顕著に増加したが、断片化する細胞の割合は褐虫藻を含まない胃層細胞の方が褐虫藻を含む胃層細胞よりも有意に大きかった。皮層細胞では、細胞質の断片化は促進されなかった。また、温度上昇後30分以降で、褐虫藻を含む胃層細胞と隣り合う細胞との接着面が減少し始め、細胞間隙が顕著に拡大した。このように、短期の高温ストレスは、褐虫藻それ自体に影響を及ぼさず、褐虫藻を含まない胃層細胞に大きな影響を及ぼした。
　以上の結果から、ハナヤサイサンゴにおける初期の褐虫藻との共生関係の崩壊は、１）温度ストレスに対するサンゴの初期応答は褐虫藻を含まない胃層細胞の微細形態の変化で示される；２）微細形態の変化として、細胞内のライソゾーム様構造の増加と細胞質の断片化が進行する；３）細胞内消化と細胞質の断片化によって細胞機能を消失し、胃層細胞間の接着が失われる；４）褐虫藻をもたない細胞が崩壊することにより、褐虫藻をもつ細胞も胃層組織からから脱落し、褐虫藻はそのサンゴ細胞に包まれたまま体外へ排出される、という過程でおこることが示唆される。