ForamJ – 有孔虫（フォラミニフェラ）マイクロCTデータセットの再現可能かつ半自動的解析のためのツール

なぜ小さな海の殻が重要なのか

海底には、有孔虫と呼ばれる単細胞生物が作る無数の微小な殻が何百万年にもわたってゆっくりと堆積している。これらの小さな構造は過去の海水条件を記録しており、古気候の復元に役立つ。新しいデジタルツールForamJは、これらの殻の三次元X線スキャンを数値に変換する作業をより速く、より容易にし、その結果、これらの微小な化石に基づく大規模かつ詳細な気候・生態学研究への道を開く。

化石殻のためのデジタル拡大鏡

マイクロコンピュータ断層撮影（µCT）は、ミリメートルサイズの対象に合わせて縮小した医療用CTのようなものだ。それにより、研究者は殻を壊さずに外表面と内部の室の両方を観察できる。これまで、殻の体積や殻厚のような特徴を測定しようとすると、高価な商用ソフトで手作業のトレースに頼る必要があり、処理可能な標本数が限られ、異なる研究室が全く同じ手順を踏むことが難しかった。これは多地点からのグローバルな気候記録を構築する際に問題となった。

一般的なコンピュータで使える無料ツール

ForamJは、広く使われているImageJやFijiといった画像解析ソフト内で動作する無料のプラグインであり、生物画像解析の多くをすでにサポートしている。著者らは5つの実用的な目標を掲げて設計した：初心者でも使いやすいこと、標準的なノートパソコンで動作すること、オープンソフトウェアのみを利用すること、一貫した数値出力を生成すること、そして多数のスキャンを一括処理できること。ForamJは、グレースケールの画像スタックの読み込み、スケール設定、室内に詰まった堆積物の除去、背景から殻を分離して三次元で測定できるようにするまで、一連のステップをユーザーに案内する。

生のスキャンから意味ある殻特性へ

内部では、このプラグインは各スキャンに対して一連の画像処理を適用する。ノイズを平滑化し、最も大きなオブジェクトのみを保持して散在する粒子を除去し、空隙を閉じて総体積や表面積を推定できるように「充填」された殻のバージョンを構築する。次に外殻と室間の内壁を分離し、組み込みのツールを使ってこれらの部分の厚さを計算する。ForamJはまた各室の空洞を分離し、半自動の方法で壁が一部溶解している場合でもその空間を個々の室に分割する。各室について体積、位置、明るさを記録し、処理済み画像と使用したすべての設定を保存するため、結果の検証や再現が可能である。

古い殻と現生殻でのツール検証

ForamJの性能を示すため、研究者らは二つの異なる有孔虫データセットに適用した。まず、ニュージャージー沖で採取された5600万年前の堆積物からよく保存された底生種7種を解析した。ForamJの出力を商用ソフトでの手作業と比較したところ、殻体積の差は約1%であり、詳細なセグメンテーションの一致も非常に高かった。しかも、普通のノートパソコンでの個体あたりの処理時間は数分に短縮された。測定は個体間で殻の大きさ、殻厚、空隙率、中心から外側への室体積の成長の仕方に大きな違いがあることを明らかにした。

浮遊する殻デザインの多様性を探る

次にチームは、上層海域を浮遊する7種のスキャンを集めた公開オンラインコレクションに取り組んだ。ForamJは短時間で一連の測定を全種に対して生成し、殻戦略の広いばらつきを示した。ある種は非常に薄い殻と多数の室を持つ極めて多孔質な検体を示し、他の種はより厚く密な殻を作り、室は少ないが大きい傾向があった。各新しい室がどのように体積を追加するかを示す成長曲線は種や個体ごとに異なるパターンを示し、殻の設計、生態、生活環の関係をより体系的に探れることを示唆している。

気候・海洋研究にとっての意義

有孔虫特有の測定を単純な共有ワークフローにまとめることで、ForamJは複雑な三次元スキャンデータをどの研究所でも生成・比較できる標準的な数値へと変換する。無料で非専門的なコンピュータ上で動作し、多数のスキャンを一度に処理できるため、大規模サンプルに依存する研究の費用や時間の壁を下げる。実践面では、これにより研究者は種、場所、時間にわたる殻形状、殻厚、内部構造の変化をより良く追跡でき、これらの情報量の多い微小化石から過去の海洋条件を読み取る精度が向上する。

引用: Trend, J., Borges, F.A. & Babila, T.L. ForamJ – A tool for the reproducible, semi-automated analysis of foraminifera micro computed tomography datasets. Sci Rep 16, 14818 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43276-3

キーワード: 有孔虫, マイクロCT, 画像解析, 古海洋学, オープンソースソフトウェア