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Mar 25, 2023

Acropora millepora(Am)의 인공 기질에 산호 조각이 부착되도록 하는 세포 적응

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18431(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

암초를 형성하는 산호인 Acropora millepora의 무성 분절에 의한 생식 번식은 (1) 연조직의 변형을 통해 암초 기질에 성공적으로 부착하는 것과 (2) 골격 껍질과의 영구적인 결합에 달려 있습니다. 산호의 무성 번식을 조사한 수십 년의 연구에도 불구하고 초기 반응, 세포 재구성 및 새로 형성된 골격을 통한 조각 기질 부착으로 이어지는 발달은 전체적으로 문서화되지 않았습니다. 여기에서 우리는 생체 내 현미경 시간 경과 이미지와 형광 및 전자 현미경 이미지 데이터의 상관 관계를 허용하는 새로운 방법을 개발하여 이 종("Am-CAM")에 대한 최초의 "산호 부착 모델"을 설정합니다. 이 다중 규모 이미징 접근법은 무성 생식과 관련된 세 가지 별개의 단계를 식별했습니다. (1) 산호 조각이 기질과 접촉했을 때의 접촉 반응, (2) 연조직에 의한 고정을 통한 조각 안정화, (3) 형성 골격 석회화의 시작을 통해 피막화를 위한 조직의 기질 결합을 유도하는 "랩펫형 부속물" 구조입니다. Am-CAM을 개발하면서 우리는 암초 연구자, 관리자 및 산호 복원 실무자가 종-기질 호환성을 최적화하고 효과적인 식재를 달성하는 데 필요한 부착 효과 평가를 시작할 수 있는 새로운 생물학적 통찰력을 제공합니다.

산호초 발달은 새로운 암초 형성 산호가 플라눌라 정착을 통해 유리한 기질에 부착되거나 물리적 교란을 통해 성체 서식지에서 부서진 조각이 (재) 부착될 때 시작됩니다1,2,3. 결과적으로, 부착을 확립하는 데 필요한 생물학적 적응을 식별하는 것은 산호초가 교란 후 어떻게 시작하고 성장하고 회복하는지 이해하는 주요 요소입니다. 그러나 산호 성장4,5,6,7,8,9,10 및 산호초에 초점을 맞춘 수십 년간의 연구를 진행하기 위해 부착의 기본 생물학을 확립해야 하는 지속적인 필요성에도 불구하고 산호 조각을 기질에 효과적으로 부착하는 데 필요한 생물학적 과정은 거의 알려지지 않은 상태로 남아 있습니다. 개발11,12,13,14,15.

물리적 교란을 통한 군집 조각화는 조수 흐름, 파도 및 잦은 폭풍16,17,18로 인해 산호의 일상 생활에서 흔히 나타나는 현상이며, 생물학적 요인도 이에 도움이 될 수 있습니다(예: 생물침식19). 성공적으로 적응하여 부착물을 형성한 조각은 무성생식을 통해 성체 군집을 형성하고1,2,16 1~2년 이내에 번식을 시작하여 산호 개체수에 기여할 수 있습니다1,20. 현재까지, 단편 부착은 기판 위에서 성장하는 "최초의 기초 조직"으로 광범위하게 정의되어 왔으며, 성공은 산호-기질 경계면에서 볼 수 있는 기초 조직의 범위로 정량화되었습니다. 부착을 구성하는 요소에 대한 이러한 광범위한 정의는 생존율을 비교하는 데 유용했지만, 이 설명은 산호 부착 과정의 여러 단계나 조각이 "부착"되는 정도를 고려하지 않습니다. 즉, 부착이 연조직으로만 구성되어 있는지 아니면 접촉 표면에 새로운 골격이 존재하는지 여부입니다.

성공적인 부착은 기질 유형, 기질 이동성 및 물 이동과 같은 생물학적 및 환경적 요인에 의해 억제될 수 있습니다. 산호 조각의 효과적인 부착에 역할을 하는 여러 유기체 및 외부 과정이 제안되었습니다. 여기에는 (1) 성장을 촉진하고 기질의 기존 잔해, 유기체 및/또는 병원체로부터 식민지를 보호하기 위한 접촉 반응; (2) 조직 고정, 기질과의 연동 또는 낮은 수류를 통한 단편의 수동적 안정화로 지속적인 움직임으로 인한 연조직 손상을 줄입니다33; (3) 세포-세포 및 세포-기질 접착을 촉진하는 세포외 기질(ECM)의 유지; 및/또는 (4) 외부 표면 체벽(SBW)에서 ECM 생산에 필요한 특수 세포와 탄산칼슘 골격의 제어된 침착을 보유하는 기본 체벽(BBW)으로의 전환6,7,37,38,39 . 그러나 이러한 다양한 요인이 애착 과정에서 어떤 역할을 하는지 또는 어떻게 수행되는지는 평가되지 않았습니다. 이러한 불확실성은 부분적으로 정밀한 미세 해부학적 발달을 동시에 여러 규모로 관찰하는 것이 어렵다는 점을 반영합니다.