Koralskeletter kan modstå virkningerne af forsurende have

Koralskeletter er byggestenene i forskellige koralrevs økosystemer, hvilket har ført til stigende bekymring over, hvordan disse nøglearter vil klare opvarmning og forsuring af havene, der truer deres stabilitet.

Ny forskning fra Pupa Gilbert, en professor i fysik ved University of Wisconsin-Madison, giver bevis for, at mindst én art af koraller, Stylophora pistillata, og muligvis andre, bygge deres hårde, calciumcarbonat skeletter hurtigere, og i større stykker, end tidligere antaget. I stedet for langsomt at tilføje materiale molekyle for molekyle, koraldyret konstruerer aktivt store bidder af mineraler, som det tilføjer til sit voksende skelet, hjælper det med at vokse meget hurtigere, end det ellers kunne, og med større kontrol.

Den nye forskning tyder på, at fordi mineralerne først dannes inde i koralvævet, de kan fortsætte med at gøre det selv i forsurende oceaner. Hvis andre koralarter bygger deres skeletter på lignende måde, så kunne havene undgå en storstilet krise i dannelsen af ​​koralskeletter, som forskerne har frygtet ville optrevle revets økosystemer. Andre belastninger, som varmere vand og koralblegning, stadig fare koraller, imidlertid.

Værket udkommer i denne uge (28. aug. 2017) i Proceedings of the National Academy of Sciences . Samarbejdspartnere fra University of Haifa og Lawrence Berkeley National Laboratory bidrog til forskningen.

"Koralrev dækker kun én procent af havbundene, men de er vært for 25 procent af alle marine arter, så de er utroligt forskellige og vigtige fra et biologisk synspunkt, " siger Gilbert. "Men de er også økonomisk vigtige for fiskeindustrien, turisme, og på grund af deres rolle i at give kystlinjer beskyttelse mod tropiske storme."

Koraller er kolonier af små, tentakler, der omslutter sig i knoglestrukturer lavet af mineralet calciumcarbonat, det samme materiale, der udgør skallerne af andre havdyr. Deres rolle i at skabe levesteder for forskellige økosystemer har henledt opmærksomheden på koraller, og hvordan de bygger deres stenskeletter.

På trods af årtiers forskning, videnskabsmænd havde ikke været i stand til pålideligt at skelne mellem to konkurrerende teorier om koralvækst. Den klassiske idé var, at koraller i vid udstrækning stolede på en calciumrig væske, langsomt - et molekyle ad gangen - og tilføjede mineraler til skelettet. Andre beviser pegede på en meget mere aktiv rolle for de bløde dyr, der indtager havvand, koncentrerer det, men stadig tilføjer det et molekyle ad gangen til deres skeletter.

Gilbert udviklede en ny måde at afbilde de voksende dele af koralskeletter for at se, hvad de dannende strukturer var lavet af, som hun kalder komponentmapping. Brug af højenergilys leveret af Advanced Light Source på Berkeley Lab til at skelne mellem forskellige mineraler, Gilberts team skabte et pixel-for-pixel kort for at generere et billede af de voksende skeletter af Stylophora pistillata, også kendt som hættekoral. De så partikler bestående af ustabile, amorfe former for calciumcarbonat ved og nær de voksende overflader af koralskeletterne.

Nogle af partiklerne var forholdsvis store 400 milliardtedele af en meter i diameter, som er mere end 500 gange større end en enkelt calciumcarbonatgruppe. Forskerne observerede også bevis for, at de ustabile forstadier til sidst krystalliserede til aragonit, den stabile form for calciumcarbonat, der udgør modne koralskeletter.

"Dette er de samme forstadier, der ses i biomineraler fra søpindsvin og abalone, som er forskellige organismer fra helt forskellige grene i livets træ, så det faktum, at de brugte nøjagtig den samme mekanisme til at danne deres skeletter, er virkelig overraskende, " forklarer Gilbert.

I deres nye model af koralskeletvækst, Gilbert og hendes kolleger foreslår, at koraller samler havvand i deres væv, tilføje materialer, og organisere dem i store partikler af amorft calciumcarbonat. Først da transporterer dyrene disse partikler og binder dem til deres voksende skeletter, hvor de langsomt omdannes til den stabile aragonit. Dette vækstmønster er mere end 100 gange hurtigere end molekyle-for-molekyle vækst, hvilket er i tråd med tidligere målinger af hvor hurtigt koraller vokser.

Da denne nye forskning indikerer en aktiv rolle for koraller i udviklingen af ​​deres skeletter, det tyder på, at de ikke er helt prisgivet havets kemiske sammensætning. Mens sure forhold vides at opløse calciumcarbonat, metoden til skeletkonstruktion, som Gilbert observerede i denne undersøgelse, burde være meget mere stabil i forhold til forsurende oceaner. Selvom stigende niveauer af atmosfærisk kuldioxid forsurer havene, det nye arbejde tyder på, at koraller kunne modstå denne stress.

"Hvis denne form for dannelse er verificeret i andre koraller, så kunne det være en mere generel mekanisme, og det ville gøre os i stand til at forudsige, at koraller faktisk vil danne sig lige så godt i forsurende oceaner, " siger Gilbert.