Коралловые скелеты являются строительными блоками разнообразных экосистем коралловых рифов, что вызывает растущую озабоченность по поводу того, как эти ключевые виды справятся с потеплением и закислением океанов, которые угрожают их стабильности.
Новое исследование Пупа Гилберта, профессора физики из Университета Висконсин-Мэдисон, свидетельствует о том, что по крайней мере один вид кораллов, Stylophora pistillata и, возможно, другие, быстрее строят свой твердый скелет из карбоната кальция и более крупными кусками, чем считалось ранее. Вместо того, чтобы медленно добавлять материал молекулу за молекулой, коралловое животное активно строит большие куски минералов, которые они добавляют к своему растущему скелету, помогая ему расти намного быстрее, чем в противном случае, и с большим контролем.
Новое исследование предполагает, что, поскольку минералы сначала образуются внутри коралловой ткани, они могут продолжать это делать даже в подкисляющих океанах. Если другие виды кораллов строят свои скелеты аналогичным образом, то океаны смогут избежать крупномасштабного кризиса в формировании коралловых скелетов, который, как опасаются ученые, разрушит рифовые экосистемы. Однако другие стрессы, такие как более теплая вода и обесцвечивание кораллов, по-прежнему представляют опасность для кораллов.
Работа опубликована на этой неделе (28 августа 2017 г.) в Proceedings of the National Academy of Sciences. В исследовании приняли участие сотрудники Хайфского университета и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.
«Коралловые рифы покрывают только один процент дна океана, но в них обитает 25 процентов всех морских видов, поэтому они невероятно разнообразны и важны с биологической точки зрения», - говорит Гилберт. «Но они также имеют экономическое значение для рыбной промышленности, туризма и из-за их роли в защите береговых линий от тропических штормов."
Кораллы - это колонии маленьких животных с щупальцами, которые заключают себя в костные структуры, состоящие 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 тому, как они строят свой каменный скелет.
Несмотря на десятилетия исследований, ученые не смогли достоверно провести различие между двумя конкурирующими теориями 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 к скелету. Другие данные указывают на гораздо более активную роль мягкотелых животных, принимающих морскую воду, концентрирующих ее, но при этом добавляющих ее по одной молекуле за раз к своим скелетам.
Гилберт разработала новый способ изображения растущих частей коралловых скелетов, чтобы увидеть, из чего состоят формирующиеся структуры, что она называет компонентным картированием. 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 увидели частицы, состоящие из нестабильных аморфных форм карбоната кальция, на растущих поверхностях коралловых скелетов и рядом с ними.
Некоторые из частиц были сравнительно большими - 400 миллиардных долей метра в поперечнике, что более чем в 500 раз больше, чем размер одной группы карбоната кальция. Исследователи также наблюдали доказательства того, что нестабильные предшественники в конечном итоге кристаллизовались в арагонит, стабильную форму карбоната кальция, из которого состоят скелеты зрелых кораллов.
Это те же самые предшественники, которые можно увидеть в биоминералах морского ежа и морского ушка, которые представляют собой разные организмы с совершенно разных ветвей древа жизни, поэтому тот факт, что они использовали точно такой же механизм для формирования своих скелетов, действительно удивительно», - объясняет Гилберт.
В своей новой модели роста кораллового скелета Гилберт и ее коллеги предполагают, что кораллы собирают морскую воду в свои ткани, добавляют материалы и организуют их в крупные 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 повышение уровня углекислого газа в атмосфере подкисляет океаны, новая работа предполагает, что кораллы могут противостоять этому стрессу.
«Если этот способ образования подтвердится у других видов кораллов, то это может быть более общий механизм, и это позволит нам предсказать, что кораллы действительно будут формироваться точно так же в подкисляющих океанах», - говорит Гилберт..