Кокколитофориды - это микроскопические морские водоросли, которые используют углекислый газ для роста и выделяют углекислый газ при создании своих миниатюрных кальцитовых раковин. Таким образом, эти крошечные, но очень многочисленные планктонные микроорганизмы могут серьезно пострадать от текущих растущих выбросов углекислого газа. Ученые из CNRS, Университета Ле-Мана, Университета Сорбонны, Экс-Марсельского университета и Европейского синхротрона ESRF обнаружили трехмерную структуру наноуровней их кальцитовых оболочек, что открывает новые перспективы для оценки роли этих крошечных микроорганизмов в глобальный углеродный цикл. Исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает новую корреляцию между их массой и размером органического шаблона, вокруг которого происходит зарождение и рост кальцита.
Вы, вероятно, никогда не слышали о них, но вы, возможно, случайно заметили кокколитофориды на спутниковых снимках моря, когда в поверхностных водах появляется великолепное молочно-бирюзовое пятно, указывающее на то, что триллионы этого одноклеточного кальцифицированного фитопланктона присутствует.
Около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу в результате деятельности человека, поглощается океанами, где вступает в химическую реакцию и делает воду более кислой. Это, в свою очередь, мешает некоторым кальцинирующим морским организмам, таким как морские звезды, морские ежи, кораллы и кокколитофориды, строить свои раковины или скелеты.
Когда крошечные организмы влияют на глобальный углеродный цикл
Кокколитофориды, одноклеточные организмы, намного меньшие, чем пиксели на экране вашего компьютера, являются активными участниками углеродного цикла. Они живут в поверхностных слоях моря, где используют свет для фотосинтеза, фиксируя CO2 в органическое вещество, что приводит к уменьшению растворенного CO2. В океане. В отличие от другого фотосинтетического фитопланктона, кокколитофориды производят кальцит (то есть CaCO3) в форме мельчайших пластинок, называемых «кокколитами». Кокколитофорная кальцификация использует бикарбонат (HCO3) из морской воды и высвобождает CO2 Когда клетки кокколитофора умирают, кокколиты и связанные с ними органические вещества медленно опускаются на морское дно, таким образом способствуя хранению углерода в глубоководном резервуаре океана. Несмотря на то, что это крошечные организмы, кокколитофориды играют ключевую роль в глобальном углеродном цикле из-за того, что их очень много в океанах.
Несколько недавних лабораторных и полевых исследований показывают, что подкисление океана, вероятно, будет препятствовать кальцификации кокколитофоридов. Однако в некоторых исследованиях сообщается об усилении кальцификации кокколитофоридов в более кислых условиях.
Открытие массы кокколитов
Понимание того, как факторы окружающей среды влияют на степень кальцификации кокколитов, представляет значительный интерес. Решающим вопросом является возможность точного определения массы кальцитовой оболочки этих микроорганизмов. «Мы разработали метод оценки массы отдельных кокколитов с помощью автоматизированной оптической микроскопии», - говорит ученый из CNRS Люк Бофорт. «Хотя этот метод очень удобен для измерения массы большого количества кокколитов за короткий период времени, важно было оценить точность этих измерений путем сравнения с другим очень точным методом».
Ученые Ален Жибо и Томас Бовье, постоянные пользователи ESRF, связали Юрия Чушкина и Федерико Зонтоне, ученых из ESRF, с палеонтологами Люком Бофортом и Батистом Сушерас-Марксом и морским биологом Яном Пробертом. Метод когерентной рентгеновской дифракции на линии луча ESRF ID10 был использован для получения невероятно подробной информации о трехмерной структуре (и, следовательно, массе) раковин и отдельных кокколитов нескольких видов кокколитофорид.
Команде удалось откалибровать метод оптической микроскопии и обнаружить, что каждый кокколит в раковине имеет разные характеристики, несмотря на то, что все они были созданы в одинаковых условиях окружающей среды. Чтобы объяснить различия в размере и массе кокколитов в пределах отдельных кокколитофоридов, они обнаружили, что масса кокколитов пропорциональна размеру органической чешуи, вокруг которой каждые 110-120 нм происходит зародышеобразование кальцита.
Эксперимент в ESRF был сложным, потому что образцы размером от 5 до 7 микрон были почти слишком большими для нас, чтобы мы могли их исследовать. С помощью когерентной дифракционной визуализации нам удалось получить информацию в 3D и реконструировать отдельные кристаллы кальцита из кокколиты», - говорит Юрий Чушкин, научный сотрудник ESRF. «На самом деле самые большие образцы рассеивали луч настолько хорошо, что за один час мы получили полный набор трехмерных данных, который нам был нужен», - заключает он.
Следующим шагом для команды является 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 кальцитовых структур.