Вы, вероятно, никогда не слышали о них, но, возможно, вы случайно заметили кокколитофориды на спутниковых снимках моря, когда в поверхностных водах появляется великолепное пятно молочно-бирюзового цвета, указывающее на присутствие триллионов этого одноклеточного кальцинированного фитопланктона.
Около одной трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу в результате деятельности человека, поглощается океанами, где он вступает в химическую реакцию и делает воду более кислой. Это, в свою очередь, затрудняет построение раковин или скелетов некоторых кальцифицирующих морских организмов, таких как морские звезды, морские ежи, кораллы и кокколитофориды.
Когда крошечные организмы влияют на глобальный углеродный цикл
Кокколитофориды, одноклеточные организмы, размер которых намного меньше размера пикселей на экране вашего компьютера, являются активными участниками углеродного цикла. Они живут в поверхностных слоях моря, где используют свет для фотосинтеза, фиксируя CO2 в органическом веществе, что приводит к уменьшению растворенного CO2 в океане.
В отличие от других фотосинтезирующих фитопланктонов, кокколитофориды производят кальцит (i.е. CaCO3) в виде мельчайших тромбоцитов, называемых «кокколиты».«При кальцификации кокколитофоридов используется бикарбонат (HCO3) из морской воды и выделяется CO2. Когда клетки кокколитофориды умирают, кокколиты и связанные с ними органические вещества медленно опускаются на морское дно, тем самым способствуя накоплению углерода в глубоководных резервуарах океана.
Хотя кокколитофориды представляют собой крошечные организмы, они играют ключевую роль в глобальном углеродном цикле, поскольку их очень много в океанах.
Несколько недавних лабораторных и полевых исследований показывают, что закисление океана может препятствовать кальцификации кокколитофорид. Однако в некоторых исследованиях сообщается об увеличении кальцификации кокколитофоридов в более кислых условиях.
Открытие массы кокколитов
Поэтому понимание того, как факторы окружающей среды влияют на степень кальцификации кокколитов, представляет значительный интерес. Важнейшим вопросом является возможность точно оценить массу кальцитовой оболочки этих микроорганизмов. «Мы разработали метод оценки массы отдельных кокколитов с помощью автоматической оптической микроскопии», – говорит ученый CNRS Люк Бофорт. «Хотя этот метод очень полезен для измерения массы большого количества кокколитов за короткий период времени, было важно оценить точность этих измерений путем сравнения с другим очень точным методом."
Ученые Ален Жбо и Томас Бевье, постоянные пользователи ESRF, познакомили Юрия Чушкина и Федерико Зонтоне, ученых ESRF, с палеонтологами Люком Бофортом, Батистом Сучера-Маркс и морским биологом Яном Пробером.
Метод когерентной рентгеновской дифракции изображения на канале ESRF ID10 был использован для получения невероятно подробной информации о трехмерной структуре (и, следовательно, массе) раковин и отдельных кокколитов нескольких видов кокколитофоридов.
Команда смогла откалибровать метод оптической микроскопии и обнаружила, что каждый кокколит в скорлупе имеет разные характеристики, несмотря на то, что все они созданы в одинаковых условиях окружающей среды. Чтобы объяснить различия в размере и массе кокколитов в пределах отдельных кокколитофорид, они обнаружили, что масса кокколитов пропорциональна размеру органической чешуи, вокруг которой зародышеобразование кальцита происходит каждые 110-120 нм.
«Эксперимент в ESRF был сложным, потому что образцы размером от 5 до 7 микрон были слишком большими для нашего исследования. С помощью когерентной дифракционной визуализации нам удалось получить информацию в 3D и реконструировать отдельные кристаллы кальцита кокколитов », – говорит Юрий Чушкин, ученый из ESRF. «На самом деле, самые большие образцы так хорошо рассеивали луч, что за один час у нас был полный набор 3D-данных, который нам был нужен», – заключает он.
Следующим шагом команды будет использование трехмерных компьютерных изображений этих кокколитов, чтобы получить более глубокое понимание того, как кальцификация контролируется этими необычными фитопланктонами, и механических свойств этих крошечных, но очень сложных структур кальцита.