«Суть в том, что кораллы образуют камни даже в неблагоприятных условиях», — сказал Пол Г. Фальковски, выдающийся профессор, возглавляющий Лабораторию экологической биофизики и молекулярной экологии в Университете Рутгерса в Нью-Брансуике. «Они, вероятно, сделают скалу, даже если океан станет слегка кислым из-за сжигания ископаемого топлива».Команда Рутгерса, в которую входят ведущий автор Станислас фон Эйв, научный сотрудник лаборатории Фальковски, занимающийся постдокторской диссертацией, подробно излагает свои выводы в новаторском исследовании, опубликованном сегодня в Интернете в журнале Science. Используя подход, основанный на материаловедении, команда применила несколько высокотехнологичных методов визуализации, чтобы показать, что кораллы используют богатые кислотой белки для создания прочных скелетов из минералов карбоната кальция.
«Мы показываем, что общая модель того, как кораллы образуют камни, существует несколько десятилетий назад, — сказал Фальковски. «Это очень тщательное исследование очень точно показывает, что кораллы выделяют белки, и именно эти белки образуют минерал, а белки очень кислые, что удивит многих».Кораллы — это в основном колониальные организмы, на которых обитают от сотен до сотен тысяч полипов (животных). Рифы, построенные из каменистых мелководных кораллов, относятся к числу самых разнообразных экосистем в мире.
По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований, тысячи видов рыб и других морских обитателей полагаются на рифы для выживания, а тысячи человеческих сообществ полагаются на рифы как на пищу, защиту и работу.Но в долгосрочной перспективе кораллы сталкиваются с несколькими экологическими угрозами: потенциально смертельным обесцвечиванием в результате глобального потепления и быстрых изменений температуры; загрязнение питательными веществами; физическое разрушение коралловых рифов; и закисление океана, связанное с выбросами углекислого газа, сказал Фальковски.По данным NOAA, океан поглощает углекислый газ в результате сжигания ископаемого топлива и изменений в землепользовании, что приводит к снижению pH и повышению кислотности.
Подкисление океана снижает уровень минералов карбоната кальция во многих областях, что, вероятно, ограничит способность некоторых организмов создавать и поддерживать свои раковины.Согласно исследованию Рутгерса, существует две основные гипотезы о том, как каменные кораллы строят свои каменные скелеты. Одно происходит в основном за счет физических и химических процессов, а другое — за счет биологического процесса.
Ученые Рутгерса исследовали Stylophora pistillata — хорошо изученный каменистый коралл, распространенный в Индо-Тихоокеанском регионе — с помощью трехмерной визуализации сверхвысокого разрешения и двухмерной спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Они показали, что каменистые кораллы осаждают минералы в результате биологически обусловленного процесса.«Насколько мне известно, мы были уникальными в мире в использовании скоординированного набора методов для понимания ультраструктуры коралловых скелетов», — сказал Фальковски. Эти методы включали рамановскую визуализацию и спектроскопию, а также сканирующую ионно-гелиевую микроскопию.
Ученые обнаружили, что случайные наночастицы откладываются в микросреде кораллов, обогащенной органическим материалом. Наночастицы накапливаются и образуют каменные структуры из карбоната кальция, известного как арагонит, путем выращивания кристаллов.
Результаты ЯМР-визуализации показывают, что белки, богатые коралловой кислотой, являются основными движущими силами.Белки функционируют при pH (показатель кислотности и щелочности) от 8,5 до 7, и «эта среда для них все еще в порядке», — сказал Фальковски. Обычно pH океана составляет 8,1 или 8,2, а в следующем столетии или около того он может упасть до 7,8, но каменистые кораллы по-прежнему смогут образовывать камни.
«Что касается каменистых кораллов, мы вполне уверены, что проблема подкисления преувеличена», — сказал он. «Они более устойчивы, чем мы думаем».