Undersøgelse går videre med at forstå historierne om det gamle klima fortalt af små skaller

Hvordan kan vi vide noget om kuldioxidniveauerne i atmosfæren i jordens dybe fortid? Små bobler fanget i is giver prøver af gammel luft, men denne rekord går kun 800 tilbage, 000 år. For at nå længere tilbage, forskere skal være afhængige af klimaproxyer, eller målbare parametre, der varierer systematisk med klimaforholdene.

Standard proxy er oxygen -isotopforholdene i lille zooplankton kaldet foraminifera. Der er mere end 50, 000 forskellige arter af disse insekter, 10, 000 levende og 40, 000 uddøde. Fordi foraminifera -skallerne ret trofast registrerer forholdene mellem iltisotoper i havvand, de giver et signal, der kan bruges til at udlede gamle temperaturer.

Men der er en anden potentiel proxy, der samler støv i sedimentarkivet:lillebitte planteplankton kaldet coccolithophores. De findes i stort antal i hele sollyslaget i havet. Deres lillebitte, nav-cap-lignende plader, kaldet coccoliths, er hovedkomponenten i kridtet, den sene kridtformation, der springer ud ved Dover's hvide klipper, og en vigtig komponent i den "kalkholdige ose", der dækker meget af havbunden.

Fordi coccolithophores er primære producenter, der er vigtige for havbiogeokemi, er de velstuderede organismer. De bruges mindre til paleoceanografiske rekonstruktioner end foraminifera, imidlertid, fordi de skaber deres plader inde i deres celler frem for at udfælde dem direkte fra havvand. Det betyder, at der er et stort biologisk overtryk på klimasignalet, der gør det svært at fortolke.

Men nye fund, offentliggjort i tidsskriftet 28. februar Naturkommunikation , kunne ændre det. Genskabelse af det forhistoriske miljø under laboratorieforhold, et team af forskere fra University of Oxford, herunder Harry McClelland, nu en postdoktoral forskningsassistent ved Washington University i St. Louis, og Plymouth Marine Laboratory voksede flere forskellige arter af denne alger, hver med forskellige kulstofniveauer.

Med disse eksperimentelle data, de skabte en matematisk model af kulstofstrømme i coccolithophore -cellen, der tegner sig for tidligere uforklarlige variationer i de isotopiske sammensætninger af de blodplader, algerne producerer og danner rammen om udviklingen af ​​et nyt sæt proxies.

Rigtigt forstået, "støj" kan i sig selv være et signal. Coccoliths giver et vindue om gammel biologi såvel som klima, Sagde McClelland.

Tunge og lette coccoliths

McClelland forklarer, at forskerne begyndte med lidt af et mysterium. Coccoliths var blevet opdelt i to grupper - en let og en tung gruppe - baseret på om de blodplader, de udfældede, var fattigere eller rigere i den sjældnere tunge isotop af kulstof sammenlignet med calciumcarbonat dannet ved fysiske (abiotiske) processer. Afvigelserne fra den abiotiske norm var "både store og gådefulde, "Sagde McClelland.

Tunge isotoper gennemgår alle de samme kemiske reaktioner som lette isotoper, men, simpelthen fordi de har lidt forskellige masser, de gør det med lidt forskellige takster. Disse små forskelle i reaktionshastigheder får reaktionsprodukterne til at have forskellige isotopforhold end kildematerialerne.

Coccolithophores foretager den relevante kulstofkemi i to forskellige cellulære rum:chloroplasten, hvor fotosyntesen finder sted, og coccolith vesikler, hvor blodplader udfældes. Hovedproblemet med at dechiffrere deres isotoprekord, som algerne efterlader, er, at disse to processer driver den isotopiske sammensætning af kulstofpuljen i modsatte retninger.

I deres kloroplaster, coccolithophores tager uorganisk kulstof og bygger det ind i biologiske molekyler. Denne proces foregår langt hurtigere for CO2, der indeholder den lette isotop af kulstof, får den isotopiske sammensætning til at drive til den tungere variant. Blodplader, der vokser i coccolith vesikler, på den anden side, inkorporerer fortrinsvis den tungere form af kulstof fra substratpuljen.

Holdet valgte en række coccolithophore -arter, både let og tungt, og voksede dem i laboratoriet - "det er ikke så forskelligt fra havearbejde, McClelland sagde " - og konstruerede derefter en matematisk model af cellen, der kunne forudsige de isotopiske resultater på tværs af alle arter, for hvilke der var data tilgængelige.

De kunne vise, at forholdet mellem forkalkning og fotosyntese bestemmer, om blodpladerne er isotopisk tungere eller lettere end abiogen calciumcarbonat. De var i stand til at forklare størrelsen på afgangen samt dens retning.

For McClelland, den mest spændende del af undersøgelsen er, at det åbner et vindue om biologien fra gamle skabninger. Når folk bruger foraminifera som klimaproxy, han sagde, de vælger normalt en art og antager en konstant biologisk effekt, eller forskydning. Men vi kan se virkningen af ​​varierende biologi i coccolithophorernes kemiske signaturer.

Med mere forskning, sagde McClelland sagde, coccolith-baserede isotopforhold kunne udvikles til et paleobarometer, der ville hjælpe os med at forstå klimasystemets følsomhed over for atmosfærisk kuldioxid.

"Vores model giver forskere mulighed for at forstå algesignaler fra fortiden, som aldrig før. Det låser op for potentialet i fossiliseret coccolithophores til at blive et rutinemæssigt værktøj, bruges til at studere gammel algefysiologi og også i sidste ende som en registrering af tidligere CO2 -niveauer, "sagde seniorforfatter Rosalind Rickaby, professor i biogeokemi ved Oxford.