В новом исследовании физики Университета Висконсин-Мэдисон наблюдали рифообразующие кораллы на наноуровне и определили, как они создают свои скелеты. Результаты объясняют, насколько кораллы устойчивы к подкислению океанов, вызванному повышением уровня углекислого газа, и предполагают, что контроль температуры воды, а не кислотности, имеет решающее значение для уменьшения потерь и восстановления рифов.
«Коралловым рифам в настоящее время угрожает изменение климата.
Это не в будущем, это в настоящем », – говорит Пупа Гилберт, профессор физики в UW-Madison и старший автор исследования. "То, как кораллы откладывают свои скелеты, принципиально важно для оценки и помощи в их выживании."
Рифообразующие кораллы – это морские животные, которые образуют твердый скелет, состоящий из арагонита, одной из форм минерального карбоната кальция. Но как растут скелеты, осталось неясным. Одна модель предполагает, что растворенные ионы кальция и карбоната в кальцифицирующей жидкости кораллов присоединяются по одному к кристаллическому арагониту растущего скелета.
Другая модель, предложенная Гилбертом и его коллегами в 2017 году и основанная на исследовании одного вида кораллов, предполагает, что вместо этого нерастворенные наночастицы прикрепляются, а затем медленно кристаллизуются.
В первой части нового исследования, опубликованного в ноябре. 9 в Proceedings of the National Academy of Sciences, Гилберт и ее исследовательская группа использовали метод спектромикроскопии, известный как PEEM, чтобы исследовать растущие скелеты пяти недавно собранных кораллов, включая представителей всех четырех возможных форм рифообразующих кораллов: ветвящихся, массивных. , инкрустация и стол. Химические карты спектров кальция с помощью PEEM позволили ученым определить организацию различных форм карбоната кальция в наномасштабе.
Результаты ПЭИМ показали наличие аморфных наночастиц в ткани коралла, на растущей поверхности и в области между тканью и скелетом, но никогда не в самом зрелом скелете, что подтверждает модель прикрепления наночастиц. Однако они также показали, что, хотя растущий край не плотно заполнен карбонатом кальция, зрелый скелет – результат, который не поддерживает модель прикрепления наночастиц.
«Если вы представите группу сфер, вы никогда не сможете заполнить пространство полностью; всегда есть пространство между сферами», – говорит Гилберт. "Так что это было первым признаком того, что прикрепление наночастиц может быть не единственным методом."
Затем исследователи использовали метод измерения открытой внутренней поверхности пористых материалов. Было обнаружено, что большие геологические кристаллы арагонита или кальцита, образованные чем-то неживым, имеют примерно в 100 раз меньшую площадь поверхности, чем такое же количество материала, состоящего из наночастиц.
Когда они применили этот метод к кораллам, их скелеты дали почти такую же ценность, как большие кристаллы, а не материалы из наночастиц.
"Кораллы заполняют пространство, как монокристалл кальцита или арагонита. Таким образом, должно происходить как прикрепление ионов, так и прикрепление частиц », – говорит Гилберт. "Два отдельных лагеря, выступающие за частицы против ионов, на самом деле оба правы."
Это новое понимание формирования кораллового скелета может иметь смысл только в том случае, если верно еще одно: морская вода не находится в прямом контакте с растущим скелетом, как это обычно предполагалось.
Фактически, недавние исследования кальцифицирующей жидкости кораллов показали, что она содержит немного более высокие концентрации кальция и в три раза больше ионов бикарбоната, чем морская вода, что подтверждает идею о том, что растущий скелет действительно изолирован от морской воды.
Вместо этого исследователи предлагают модель, в которой кораллы перекачивают ионы кальция и карбоната из морской воды через коралловую ткань, которая концентрирует эти минералы возле скелета.
Важно отметить, что этот контроль позволяет кораллам регулировать свою внутреннюю концентрацию ионов, даже если океаны подкисляются из-за повышения уровня углекислого газа.
"До этой работы люди предполагали, что между морской водой и растущим скелетом существует контакт. Мы продемонстрировали, что скелет полностью отделен от морской воды, и это имеет немедленные последствия », – говорит Гилберт. "Если должны быть стратегии восстановления коралловых рифов, они не должны фокусироваться на противодействии закислению океана, они должны быть сосредоточены на противодействии потеплению океана.
Чтобы спасти коралловые рифы, нужно понижать температуру, а не повышать pH воды."
Поддержка этого исследования исходит от U.S.
Министерство энергетики (DE-FG02-07ER15899), Национальный научный фонд (DMR-1603192) и Европейский исследовательский совет (соглашение о гранте № 755876). Спектромикроскопические эксперименты проводились в Advanced Light Source, поддерживаемом U.S.
Министерство энергетики (контракт №. DE-AC02-05CH11231).