Koraalskeletten zijn de bouwstenen van diverse ecosystemen van koraalriffen, wat heeft geleid tot toenemende bezorgdheid over hoe deze belangrijke soorten het hoofd zullen bieden aan opwarmende en verzurende oceanen die hun stabiliteit bedreigen.

Nieuw onderzoek van Pupa Gilbert, een professor in de natuurkunde aan de Universiteit van Wisconsin-Madison, bewijst dat ten minste één koraalsoort, Stylophora pistillata, en mogelijk anderen, bouwen hun harde, calciumcarbonaatskeletten sneller, en in grotere stukken, dan eerder gedacht. In plaats van langzaam molecuul voor molecuul materiaal toe te voegen, het koraaldier bouwt actief grote brokken mineralen die het toevoegt aan zijn groeiende skelet, waardoor het veel sneller groeit dan het anders zou kunnen, en met meer controle.

Het nieuwe onderzoek suggereert dat, omdat de mineralen eerst in het koraalweefsel worden gevormd, ze kunnen dit zelfs in verzurende oceanen blijven doen. Als andere koraalsoorten hun skeletten op een vergelijkbare manier bouwen, dan zouden de oceanen een grootschalige crisis in de vorming van koraalskeletten kunnen voorkomen, waarvan wetenschappers bang waren dat ze de rifecosystemen zouden ontrafelen. andere spanningen, zoals warmere wateren en koraalverbleking, nog steeds koraal in gevaar brengen, echter.

Het werk verschijnt deze week (28 aug. 2017) in de Proceedings van de National Academy of Sciences . Medewerkers van de Universiteit van Haifa en het Lawrence Berkeley National Laboratory hebben bijgedragen aan het onderzoek.

"Koraalriffen bedekken slechts één procent van de oceaanbodem, maar ze herbergen 25 procent van alle mariene soorten, dus ze zijn ongelooflijk divers en belangrijk vanuit biologisch oogpunt, ", zegt Gilbert. "Maar ze zijn ook economisch belangrijk voor de visserij, toerisme, en vanwege hun rol bij het beschermen van kusten tegen tropische stormen."

Koralen zijn kolonies van kleine, tentakels die zich omhullen in benige structuren gemaakt van het mineraal calciumcarbonaat, hetzelfde materiaal dat de schelpen van andere zeedieren vormt. Hun rol bij het creëren van leefgebied voor diverse ecosystemen heeft de aandacht gevestigd op koralen en hoe ze hun rotsachtige skeletten bouwen.

Ondanks tientallen jaren van onderzoek, wetenschappers waren niet in staat om op betrouwbare wijze onderscheid te maken tussen twee concurrerende theorieën over koraalgroei. Het klassieke idee was dat koralen grotendeels afhankelijk waren van een calciumrijke vloeistof die langzaam - molecuul voor molecuul - mineralen aan het skelet toevoegde. Ander bewijs wees op een veel actievere rol voor de zachtaardige dieren die zeewater opnemen, het concentreren, maar ze voegen het nog steeds molecuul voor molecuul toe aan hun skeletten.

Gilbert ontwikkelde een nieuwe manier om de groeiende delen van koraalskeletten in beeld te brengen om te zien waar de vormende structuren van gemaakt waren, die ze component mapping noemt. Door gebruik te maken van hoogenergetisch licht van de Advanced Light Source van Berkeley Lab om verschillende mineralen te onderscheiden, Het team van Gilbert heeft een pixel-voor-pixel kaart gemaakt om een ​​beeld te genereren van de groeiende skeletten van Stylophora pistillata, ook wel kapkoraal genoemd. Ze zagen deeltjes die bestonden uit onstabiele, amorfe vormen van calciumcarbonaat op en nabij de groeioppervlakken van de koraalskeletten.

Sommige deeltjes hadden een relatief grote diameter van 400 miljardste van een meter, die meer dan 500 keer groter is dan een enkele calciumcarbonaatgroep. De onderzoekers observeerden ook bewijs dat de onstabiele voorlopers uiteindelijk kristalliseerden tot aragoniet, de stabiele vorm van calciumcarbonaat waaruit volwassen koraalskeletten bestaan.

"Dit zijn dezelfde voorlopers die worden gezien in biomineralen van zee-egels en abalone, die verschillende organismen zijn van totaal verschillende takken in de levensboom, dus het feit dat ze precies hetzelfde mechanisme gebruikten om hun skeletten te vormen is echt verrassend, ’ legt Gilbert uit.

In hun nieuwe model van koraalskeletgroei, Gilbert en haar collega's stellen voor dat koralen zeewater in hun weefsels verzamelen, materialen toevoegen, en organiseer ze in grote deeltjes amorf calciumcarbonaat. Pas dan transporteren de dieren deze deeltjes en hechten ze aan hun groeiende skeletten, waar ze langzaam worden omgezet in het stabiele aragoniet. Dit groeipatroon is meer dan 100 keer sneller dan molecuul-voor-molecuul groei, wat in lijn is met eerdere metingen van hoe snel koralen groeien.

Aangezien dit nieuwe onderzoek wijst op een actieve rol voor koralen bij de ontwikkeling van hun skelet, het suggereert dat ze niet helemaal overgeleverd zijn aan de chemische samenstelling van de oceaan. Hoewel bekend is dat zure omstandigheden calciumcarbonaat oplossen, de methode van skeletconstructie die Gilbert in dit onderzoek observeerde, zou veel stabieler moeten zijn in het licht van verzurende oceanen. Hoewel de toenemende hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer de oceanen verzuurt, het nieuwe werk suggereert dat koralen deze stress kunnen weerstaan.

"Als deze vorm van formatie wordt geverifieerd bij andere koraalsoorten, dan zou het een meer algemeen mechanisme kunnen zijn, en dat zou ons in staat stellen te voorspellen dat koralen zich ook daadwerkelijk zullen vormen in verzurende oceanen, ’ zegt Gilberte.