Новое исследование Пупы Гилберта, профессора физики Университета Висконсин-Мэдисон, свидетельствует о том, что по крайней мере один вид кораллов, Stylophora pistillata и, возможно, другие, строят свои твердые скелеты из карбоната кальция быстрее и крупнее, чем думал ранее. Вместо того, чтобы медленно добавлять молекулу материала молекулу за молекулой, коралловое животное активно конструирует большие куски минералов, которые оно добавляет к своему растущему скелету, помогая ему расти намного быстрее, чем оно могло бы в противном случае, и с большим контролем.
Новое исследование предполагает, что, поскольку минералы сначала образуются внутри коралловой ткани, они могут продолжать образовываться даже в окисляющихся океанах. Если другие виды кораллов построят свои скелеты аналогичным образом, то океаны смогут избежать крупномасштабного кризиса в формировании коралловых скелетов, который, как опасались ученые, может разрушить экосистемы рифов. Однако другие стрессы, такие как потепление воды и обесцвечивание кораллов, по-прежнему угрожают кораллам.
Работа опубликована на этой неделе (28 августа 2017 г.) в Proceedings of the National Academy of Sciences. В исследовании участвовали сотрудники из Хайфского университета и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.
«Коралловые рифы покрывают лишь один процент дна океана, но на них обитает 25 процентов всех морских видов, поэтому они невероятно разнообразны и важны с биологической точки зрения», — говорит Гилберт. «Но они также экономически важны для рыбной промышленности, туризма и из-за их роли в обеспечении защиты береговой линии от тропических штормов».Кораллы — это колонии маленьких животных с щупальцами, которые заключают себя в костные структуры из минерального карбоната кальция, того же материала, из которого состоят раковины других морских существ. Их роль в создании среды обитания для разнообразных экосистем привлекла внимание к кораллам и к тому, как они строят свои каменные скелеты.
Несмотря на десятилетия исследований, ученым не удалось достоверно различить две конкурирующие теории роста кораллов. Классическая идея заключалась в том, что кораллы в значительной степени полагались на богатую кальцием жидкость, медленно — по одной молекуле за раз — добавляя минералы в скелет. Другие данные указывают на гораздо более активную роль мягкотелых животных, поглощающих морскую воду, концентрируя ее, но все же добавляя по одной молекуле к своим скелетам.Гилберт разработала новый способ изображения растущих частей скелетов кораллов, чтобы увидеть, из чего состоят формирующиеся структуры, который она называет картированием компонентов.
Используя высокоэнергетический свет, обеспечиваемый усовершенствованным источником света в лаборатории Беркли, чтобы различать различные минералы, команда Гилберта создала попиксельную карту для создания изображения растущих скелетов Stylophora pistillata, также известного как коралл-капюшон. Они видели частицы, состоящие из нестабильных, аморфных форм карбоната кальция, на растущих поверхностях скелетов кораллов и рядом с ними.
Некоторые из частиц имели сравнительно большие 400 миллиардных долей метра в поперечнике, что более чем в 500 раз больше, чем одна группа карбоната кальция. Исследователи также обнаружили доказательства того, что нестабильные предшественники в конечном итоге кристаллизовались в арагонит, стабильную форму карбоната кальция, из которой состоят скелеты зрелых кораллов.
«Это те же предшественники, которые встречаются в биоминералах морского ежа и морского ушка, которые представляют собой разные организмы из совершенно разных ветвей древа жизни, поэтому тот факт, что они использовали один и тот же механизм для формирования своих скелетов, действительно удивляет», — объясняет Гилберт. .В своей новой модели роста скелета кораллов Гилберт и ее коллеги предлагают, чтобы кораллы собирали морскую воду в своих тканях, добавляли материалы и организовывали их в большие частицы аморфного карбоната кальция. Только после этого животные переносят эти частицы и прикрепляют их к своим растущим скелетам, где они медленно превращаются в стабильный арагонит. Эта модель роста более чем в 100 раз быстрее, чем рост молекулы за молекулой, что согласуется с предыдущими измерениями скорости роста кораллов.Поскольку это новое исследование указывает на активную роль кораллов в развитии их скелетов, оно предполагает, что они не полностью зависят от химического состава океана.
Хотя известно, что кислые условия растворяют карбонат кальция, метод построения скелета, который Гилберт наблюдал в этом исследовании, должен быть гораздо более стабильным перед лицом закисления океанов. Хотя возрастающие уровни углекислого газа в атмосфере подкисляют океаны, новая работа предполагает, что кораллы могут выдержать этот стресс.
«Если этот способ образования будет подтвержден на других видах кораллов, то это может быть более общий механизм, и это позволит нам предсказать, что кораллы на самом деле будут формироваться так же хорошо при подкислении океанов», — говорит Гилберт.