Каменные кораллы могут быть более устойчивыми к закислению океана, чем считалось ранее, согласно исследованию Университета Рутгерса, которое показывает, что они полагаются на белки, которые помогают создавать их твердые скелеты.
«Суть в том, что кораллы будут образовывать камни даже в неблагоприятных условиях», - сказал Пол Г. Фальковски, выдающийся профессор, возглавляющий Лабораторию биофизики окружающей среды и молекулярной экологии в Университете Рутгерса в Нью-Брансуике. «Они, вероятно, будут создавать камни, даже если океан станет слегка кислым из-за сжигания ископаемого топлива."
Команда Ратгерса, включая ведущего автора Станисласа фон Эйва, постдокторского научного сотрудника в лаборатории Фальковски, подробно описывает свои выводы в новаторском исследовании, опубликованном сегодня в Интернете в журнале Science. Используя материаловедение, команда использовала несколько высокотехнологичных методов визуализации, чтобы показать, что кораллы используют белки, богатые кислотами, для построения прочных скелетов из минералов карбоната кальция.
«Мы показываем, что существующая десятилетиями общая модель того, как кораллы образуют камни, неверна», - сказал Фальковски. «Это очень тщательное исследование очень точно показывает, что кораллы будут выделять белки, а белки - это то, что действительно образует минерал, и белки очень кислые, что удивит многих людей».
Кораллы в основном представляют собой колониальные организмы, содержащие от сотен до сотен тысяч полипов (животных). Рифы, построенные каменистыми мелководными видами 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 рассчитывают на рифы как на источник пищи, защиты и рабочих мест.
Но в долгосрочной перспективе кораллы сталкиваются с несколькими экологическими угрозами: потенциально смертельным обесцвечиванием из-за глобального потепления и резких перепадов температуры; загрязнение питательными веществами; физическое уничтожение коралловых рифов; и подкисление океана, связанное с выбросами углекислого газа, сказал Фальковски.
Океан поглощает углекислый газ в результате сжигания ископаемого топлива и изменений в землепользовании, что приводит к снижению pH и повышению кислотности, согласно NOAA. Подкисление океана приводит к снижению уровня минералов карбоната кальция во многих районах, что, вероятно, будет препятствовать способности некоторых организмов создавать и поддерживать свои раковины.
Согласно исследованию Рутгерса, существуют две основные гипотезы о том, как каменистые кораллы строят свой каменный скелет. Один из них осуществляется в основном через физические и химические процессы, а другой - через биологический процесс.
Ученые из Рутгерса исследовали Stylophora pistillata - хорошо изученный каменистый коралл, распространенный в Индо-Тихоокеанском регионе - с помощью трехмерной визуализации сверхвысокого разрешения и двумерной спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Они показали, что твердые кораллы осаждают минералы в результате биологически обусловленного процесса.
«Насколько я знаю, мы были единственными в мире, кто использовал скоординированный набор методов для понимания ультраструктуры коралловых скелетов», - сказал Фальковски. Методы включали рамановскую визуализацию и спектроскопию, а также сканирующую гелиево-ионную микроскопию..
Ученые обнаружили, что случайные наночастицы откладываются в микросреде кораллов, обогащенной органическим материалом. Наночастицы накапливаются и образуют каменистые структуры из карбоната кальция, известного как арагонит, путем роста кристаллов. Результаты ЯМР-изображения показывают, что белки, богатые коралловой кислотой, являются основными движущими силами.
Белки функционируют при рН (показатель кислотности и щелочности) около 8.с 5 до 7, и «эта среда для них по-прежнему в полном порядке», - сказал Фальковски. Океан обычно имеет pH 8,1 или 8,2, а в следующем веке или около того он может упасть до 7,8, но твердые кораллы все еще будут способны образовывать камни.
«Что касается твердых кораллов, мы совершенно уверены, что проблема подкисления преувеличена», - сказал он. «Они более устойчивы, чем мы думаем».