生体鉱物

小暮 敏博(地球惑星科学専攻 准教授)

「生体鉱物」とは,生物が関与して形成される固体無機物質に対してつけられる呼称である。鉱物とは,自然界で非生物的なプロセスにより形成される均質な固体無機物質として定義されるため,これからすれば生体鉱物は鉱物ではなく,ここでの「鉱物」という言葉は無機物質を意味すると考えた方が良い。

またここで“生物の関与”ということも,自然界ではさまざまな場合がある。たとえばバクテリアの代謝により,溶液のpHなどが変化して水酸化鉄などが析出したり,その細胞膜表面が触媒として機能し,そこに無機物質が沈着した場合など,これらの無機物質を生体鉱物とよぶことができる。いっぽう生物が,その生命活動を維持するために,積極的に生体の器官またはその構成要素として無機物質を生成する場合がある。前者の場合,形成された生体鉱物は,無機的に形成された鉱物と構造的な区別がつきにくいが,後者の場合生体鉱物は,器官としての機能を持たせるため,一般的な鉱物にはない構造や組織を有する場合が多い。この後者の例としてたとえば歯,骨,貝殻,耳石などを挙げることができる。

ここで歯や骨は水酸アパタイトなどのリン酸カルシウム,貝殻や耳石は炭酸カルシウムの結晶で構成されている。これ以外にも酸化鉄や非晶質シリカなど,さまざまな物質の生体鉱物が報告されている。歯や骨については,医学的な見地から長い研究の歴史がある。いっぽうそのほかの生体鉱物に関する研究は,物質科学的な視点からは最近緒についたという段階であり,またそれなりに研究の盛り上がりを見せている。それは生体鉱物が,化学や物質科学の分野における最近の流行である“自己組織化”プロセスの,自然界での手本として見なされるためであろう。

生体鉱物のこのような構造・組織的な特徴は,タンパク質や多糖など生体高分子の関与により発現していると考えられるが,詳細は明らかでなく,その解明のためには生化学や無機化学・物質科学などさまざまな分野を横断した学際的研究が望まれる。現在筆者らも,学内の農学部,工学部などの研究室と共同で,貝殻などに見られる複雑な組織の形成機構を解明しようと研究を進めている。