けいそうは、うみや いけに いる、1つの 細胞さいぼうだけで できた 藻もの なかまです。顕微鏡けんびきょうで 見ると、細胞さいぼうを 小さな はこのような 殻からが つつんで います。

殻からには、きれいに ならんだ 穴あなが あります。しゅるいは 数万も いて、しゅるいごとに、もようが ちがうと いわれます［1］。

殻からの もとは、シリカと いう、ガラスの なかまの ような ものです。かたちが きまった つぶには ならない、ふしぎな かためかたを して います［2］。

では、そのシリカは、どこから 来るのでしょうか。

つぶが決まっていない、固まりかた

珪藻の殻は、水を含んだシリカ（二酸化ケイ素）でできています。結晶のようにきちんとした粒の並びをもたない「非晶質」で、岩石としてはオパールに近いと説明されています［1］［2］。

この殻には、規則正しく並んだ細かい穴があります。珪藻は数万種いるとされ、種ごとに穴の模様がちがうといいます［1］。顕微鏡をのぞくと、同じ池の水の中に、ちがう模様の「箱」が何種類も浮かんでいる、ということになります。

火も炉もない細胞が、なぜガラスに似たものを作れるのでしょうか。まず材料を探します。

珪藻の殻は、非晶質（結晶ではなく、原子の並びに決まった周期がない状態）の含水シリカ（SiO2）でできており、規則的な孔の模様をもつ。珪藻は数万種とされ、種ごとに別の模様のシリカ殻を作る［1］。日本の地学資料でも、殻はほとんど非結晶の含水ケイ酸、つまりオパールからなると説明されている［2］。

2つの資料が同じ素材を指しているので、「ガラス質の殻」という言い方は大づかみには妥当だろう。ただし、一般的なガラスをそのまま作っているわけではなく、水を含んだシリカの殻である点は区別しておきたい。

この殻は、溶かした材料を型に流す方法では作れない。では、細胞は何を材料に、どこで作っているのか。

シリカの ざいりょうは、うみや みずうみの 水に とけた けいさんです。けいそうは、これを 細胞さいぼうの 中へ とりこみます［3］。

細胞さいぼうの 中には、シリカを 作る ための 小さな ふくろが あります。けいさんは、この ふくろの 中で、つながって かたまります。

ここで、まちがえやすい ことが あります。ガラスを とかして 作るのでは ありません。とけて いる ものを、かためて 作るのです。

では、どうやって はやく かたまるのでしょうか。

細胞の中にある、専用の袋

海水などに溶けたケイ酸は、細胞の表面にある輸送タンパク質（SIT）によって、細胞の中へ取りこまれます。細胞の中には「シリカ沈着小胞」（SDV）という専用の区画があり、ケイ酸はその中でつながり合って、シリカになります［3］。

ここで、よくある思いちがいを1つ直しておきます。珪藻はガラスを溶かして作るのではありません。水に溶けたケイ酸を、細胞の中で固めて作ります。

取りこんだ後は、まだ分からないことがある

ケイ酸がSDVの中でどう濃くなるのかについては、2008年の総説の時点で、道すじの細部は分かっていないと書かれています［3］。袋に入ったケイ酸は、どうやって速く固まるのでしょうか。

海水などに溶けているケイ酸 Si(OH)4 は、専用の輸送タンパク質（SIT）で細胞に取りこまれ、細胞内のシリカ沈着小胞（SDV）という区画で重合する。重合とは、小さな分子がつながって大きな塊になることだ［3］。

誤解しやすいのは、「ガラスを溶かして成形する」という連想である。実際の材料は、溶けたまま水に含まれているケイ酸で、それを細胞内の限られた場所で固めている。この「場所を限る」ことが、後の章で出てくる模様づくりの前提になる。

一方で、ケイ酸がSDVの中で濃縮される経路の詳細は、2008年の総説の時点では未解明とされている［3］。取りこむ入り口は分かっていても、袋の中の条件が整う過程は、すべて分かっているわけではない。

では、袋の中のケイ酸は、何に助けられて速く固まるのか。

ふくろの 中は、酸性さんせいです。そこに、たんぱくしつなどの 有機物ゆうきぶつが あって、けいさんが はやく かたまるのを たすけると 考えられて います［4］。

ある 実けんでは、シラフィンと いう たんぱくしつを、けいさんの 水に 入れました。すると、シリカが かたまって 出て きました。

でも、できたのは、まるい つぶの あつまりです。きれいな 殻からの かたちには なりませんでした［4］。

それでは、もようは、どうやって きまるのでしょうか。

酸性の袋と、固まるのを助ける有機物

SDVの内側は酸性です。そこにはシラフィンという特別な形に変えられたタンパク質と、長い鎖のようなポリアミンがあり、ケイ酸が速く固まるのを助けると考えられています。試験管の中でも、シラフィンの1種（シラフィン1A1）は、pH5.5のケイ酸の水溶液からシリカを沈ませました［4］。

「固める」と「形を決める」は別の話

ただ、試験管の中でシラフィンをケイ酸の水に加えると、できるのはシリカの小さな球が集まったものです［4］。複雑な殻の形が、生きた細胞の中でどう制御されるのかは、まだ分かっていない部分が多いとされています。

固まる速さを上げる仕掛けが分かっても、形の説明にはなりません。では、模様を決める手がかりは何でしょうか。

SDV内部は酸性で、シラフィン（特殊に修飾されたタンパク質）と長鎖ポリアミンという有機物が、ケイ酸の重合を促す。単離した天然のシラフィン1A1は、試験管内でpH5.5のケイ酸溶液からシリカを沈殿させた［4］。

ところが、この結果から「シラフィンが殻の形を作る」とは言えない。シラフィンをケイ酸溶液に加えると、数秒でシリカのナノ球が網のようにつながる、と報告されているが［4］、球の集まりであって、殻の複雑な形ではない。つまり、シラフィンやポリアミンは、重合を促す役のようだが、孔の位置や網目の大きさといった形の情報までは、それだけでは説明できない。生体内で複雑な形がどう制御されるかは、未解明な点が多い。

では、形の情報はどこから来るのか。そこで注目されたのが、SDVの膜である。

2024ねんに、ある 1しゅの けいそうを しらべた あたらしい けんきゅうが 出ました。シリカを 作る ふくろの まくが、「うごく かた」の ように はたらいて、シリカの かたちを きめて いると いう ものです［5］。

この 研究では、殻からに あなが できる ばしょで、ふくろの 上と 下の まくが、たがいに まがって ちかづいて いました。そこでは、シリカが 入りこめません。あなは、そうして できると 考えられます。

ただ、これは 1つの 研究の ほうこくです。もようの ぜんぶが まくだけで きまると 言うには、まだ はやいです。

さて、できあがった 殻からは、そのあと どうなるのでしょうか。

型は、固まる材料ではなく、袋の膜かもしれない

2024年にNature Communicationsに載った研究は、Thalassiosira pseudonanaという1種の珪藻を調べ、SDVの膜が「動く型」としてシリカの形を決める、というモデルを示しました。膜は細胞膜と接触する場所でつなぎ止められています。殻に穴（篩板の孔）ができる場所では、袋の上下の膜がたがいに曲がって近づいていました［5］。

膜が近づいた場所にはシリカが入りこめないので、そこが穴になる、という筋の通った見方ができます。ただし、これは1つの研究の報告です。模様の全部が膜の曲がりだけで決まるとは、言い切れません。

形ができた殻は、細胞が増えるとき、どうなるのでしょうか。

2024年のNature Communications論文は、Thalassiosira pseudonanaという1種を調べ、SDVの膜が「動く型」としてシリカの形を決める、というモデルを示した。膜は細胞膜との接触部位でつなぎ止められ、殻の篩板に孔ができる位置では、上下の膜がたがいに曲がって近づいていた［5］。

この観察は、前章の「固める」と「形を決める」を分ける考え方とつながる。有機物が重合を促す一方、どこにシリカを置くかを、膜の局所的な曲がり方が決めている可能性が示されたのである。膜が上下から近づく位置にはシリカが入る余地がなく、孔になる、と読める。

とはいえ、これは1つの研究の報告である。模様のすべてを膜だけで説明できるとは書かれていない。また、種によって孔の並びがちがう理由は、この資料だけでは分からない。

作られた殻は、細胞が分裂するときにどう受け継がれるのか。そこには、殻が小さくなっていく仕掛けがある。

けいそうの 殻からは、ふたの ような 2まいの はんぶんが かさなって できて います。ピルケースのように、はんぶんが はまり合う かたちです［6］。

けいそうが 2つに わかれる とき、親の 殻からの 2まいを、それぞれの 子が もらいます。そして、その 内がわに、あたらしい 殻からを 作ります［6］。

あたらしい 殻からは、親の 殻からの 内がわに できるので、小さめです。だから、わかれる ことを くりかえすと、へいきんの 大きさが 小さく なると いわれます。ぜんぶの 細胞さいぼうが、まいかい ちぢむ わけでは ありません。

では、小さく なりつづけたら、どう なるのでしょうか。

親の殻の内側に、新しい殻を作る

珪藻の殻は、ピルケースのように重なる2枚の半分（ふた状の殻）でできています。細胞が分裂するとき、親の2枚の殻をそれぞれの娘細胞が受けつぎ、その内側に新しい殻を作ると説明されています［6］。

新しい殻は親の殻の内側にできるため、小さめになります。だから、分裂をくり返す集団では、細胞の大きさの平均が小さくなっていきます。個々の細胞が毎回かならず縮むのではなく、集団の平均が小さくなる点に注意が必要です。

小さくなった細胞は、大きさを取りもどすのか

日本の研究でも、中心珪藻は数か月から数年の無性的な分裂のあいだに、細胞サイズがしだいに小さくなるとされています。大きな細胞は卵に、小さな細胞は精子になりやすいと考えられていて、有性生殖で大きさが戻るとされてきました［7］。

では、そうしてまで守っている殻は、細胞にとって何の役に立っているのでしょうか。

珪藻の殻（被殻）は、ピルケースのように重なる2枚の半殻でできている［6］。細胞が分裂するとき、親の2枚の殻をそれぞれの娘細胞が受けつぎ、その内側に新しい殻を作る、と説明される［6］。新しい殻が親の殻の内側にできるため、分裂を重ねると細胞の大きさの平均が小さくなる。ただし、個々の細胞が毎回かならず縮むわけではなく、集団の平均として小さくなる点には注意がいる。

では、縮小は止まらないのか。日本の研究では、中心珪藻は数か月から数年の無性的な分裂のあいだに細胞サイズがしだいに小さくなり、大きい細胞は卵に、小さい細胞は精子に分化しやすいと考えられてきたとされる。有性生殖を経て大きさが戻る、という筋書きである［7］。

これほど手間をかけて作り、引きつぐ殻は、細胞にとって何のためにあるのか。

殻からの やくわりの 1つは、細胞さいぼうを まもる ことだと 考えられて います。2003ねんの 研究は、殻からは ふくざつな かたちと シリカの おかげで、わるのに 大きな 力が いる、と ほうこくしました［8］。

ほかにも、光に かんけいする はたらきが ある かもしれない、という 研究が あります。穴あなの ならびが、光を 細胞さいぼうに みちびく のでは ないか、と 調べられて います［9］。

ただ、殻からを 作る りゆうは、1つに きまって いません。

見かけより丈夫な殻

2003年のNature論文は、珪藻の殻は構造と素材のおかげで、割るのに大きな力が要るとし、細胞を守る機械的な防御として進化したと結論しました。餌にするカイアシ類が食べる量は、殻のシリカの量にほぼ反比例していたと報告されています［8］。

光との関わりは、これから確かめられる段階

2024年の研究（Pleurosigmaという1種についての報告）では、殻の穴の並びが光を回折させ、光合成に使える光を細胞に導き、紫外線を防ぐ働きもありうる、と調べられています［9］。ガラスのレンズのように光を集める、と言い切れる段階ではなく、可能性が調べられている、という言い方が適切です。

殻を作る理由は、防御・光・その他、複数の説があり、決着していません。

殻は見かけより丈夫である。Hammらの2003年のNature論文は、殻が構造と素材の性質のおかげで割るのに大きな力が必要であり、細胞を守る機械的な防御として進化したと結論した。餌にするカイアシ類が食べる量は、殻のシリカ量にほぼ反比例した、とも報告されている［8］。

一方、光との関わりは、仮説に近い段階にある。2024年のSci. Rep.の論文は、Pleurosigmaという1種を調べ、殻のシリカによる吸収、回折による光の強度の再配分、蛍光による波長の変換といった光学的な性質を扱った。穴の並びが光合成に使える光を導いたり、紫外線を防いだりする可能性が示されているが、「ガラスのレンズで光を集める」と断定する段階ではない［9］。

殻を作る理由は、防御・光・その他の複数の説があり、決着していない。

こうして作られた殻は、細胞が死んだあと、どこへ行くのか。

けいそうが しんだ あと、殻からは 湖や うみの そこに つもります。つもった ものは、かたい 岩には ならず、けいそうどと よばれます［2］。

けいそうどは、水を きれいに する ろかざいや、ものを みがく ざいりょう、あたためる ざいりょうなどに つかわれます。むかしは、しちりんの もとにも なりました［2］。

けいそうは、小さな 細胞さいぼうで ガラスの 殻からを 作り、そのあと 人の くらしにも つかわれて きました。それでも、殻からを 作る 理由は、まだ 1つに きまって いません。気に なったら、いけの 水や けいそうどの ことを、本や はくぶつかんで 調べて みて ください。

珪藻土は、殻が積もったもの

珪藻が湖底や海底に積もったものは、堅い岩石にはならず、珪藻土と呼ばれます。ろ過材、研磨剤、保温材などに使われ、かつては七輪の原料にもなりました。岐阜県白鳥町阿多岐の例では、およそ500万〜200万年前の湖に積もったものです［2］。

まだ残っている問い

殻の作り方は、少しずつ分かってきました。一方で、殻が複雑な形になる仕組みや、殻を作る理由は、まだ決まった答えがありません。出典欄の岐阜大学の資料は日本語で読めます。原論文を英語で読む場合は、2024年のNature Communications論文（出典［5］）から入ると、膜の図が手がかりになります。

珪藻が湖底や海底に堆積したものは、堅固な岩石にはならず、珪藻土と呼ばれる。ろ過材、研磨剤、保温材などに使われ、かつては七輪の原料にもなった。岐阜県白鳥町阿多岐の例では、約500万〜200万年前の湖に堆積した［2］。顕微鏡でしか見えない細胞の殻が積もった結果が、人の暮らしの道具にまで届いている。

残る問いも整理しておく。（1）ケイ酸が袋の中でどう濃縮されるかの経路（2008年の総説の時点）［3］、（2）殻の複雑な形が生体内でどう制御されるか［4］、（3）膜の曲がりが、模様のどこまでを決めるか［5］、（4）殻を作る理由［8］［9］。

原典に当たるなら、2024年のNature Communications論文（出典［5］）が入口になる。シラフィンの総説（出典［4］）と合わせて読むと、「固める」と「形を決める」がどこまで別々に説明されているかが分かる。日本語では、岐阜大学の「珪藻土」のページ（出典［2］）が読みやすい。