Coccolithoforen zijn microscopisch kleine zeealgen die koolstofdioxide gebruiken om te groeien, en geven kooldioxide af wanneer ze hun miniatuur calcietschelpen maken. Deze kleine, de overvloedige planktonische micro-organismen zouden daarom ernstig kunnen worden beïnvloed door de huidige toenemende uitstoot van kooldioxide. Wetenschappers van het CNRS, Le Mans Université, Sorbonne Université, Aix-Marseille Université en de ESRF, de Europese Synchrotron, hebben de 3D-structuur op nanoniveau van hun calcietschillen onthuld, nieuwe perspectieven bieden voor de beoordeling van de rol van deze kleine micro-organismen in de wereldwijde koolstofcyclus. Een studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie toont nieuwe correlaties tussen hun massa en de grootte van het organische sjabloon waaromheen de calcietkiemvorming en groei plaatsvindt.

Je hebt er vast nog nooit van gehoord, maar je hebt misschien per ongeluk coccolithoforen opgemerkt in satellietbeelden van de zee wanneer een prachtige melkturkoois gekleurde vlek verschijnt in oppervlaktewateren, wat aangeeft dat biljoenen van dit eencellige verkalkte fytoplankton aanwezig zijn.

Ongeveer een derde van de koolstofdioxide die als gevolg van menselijke activiteit in de atmosfeer vrijkomt, wordt geabsorbeerd door de oceanen, waar het chemisch reageert en het water zuurder maakt. Dit, beurtelings, bemoeilijkt bepaalde verkalkende mariene organismen, zoals zeesterren, zee-egels, koralen, en coccolithoforen om hun schelpen of skeletten te bouwen.

Wanneer kleine organismen de wereldwijde koolstofcyclus beïnvloeden

Coccolithoforen, eencellige organismen die veel kleiner zijn dan de pixels op je computerscherm, zijn actieve spelers in de koolstofcyclus. Ze leven in de oppervlaktelagen van de zee, waar ze licht gebruiken om te fotosynthetiseren, CO . fixeren ₂ omgezet in organische stof, wat leidt tot een afname van opgeloste CO ₂ in de oceaan. In tegenstelling tot ander fotosynthetisch fytoplankton, coccolithoforen produceren calciet (d.w.z. CaCO ₃ ) in de vorm van minuscule bloedplaatjes die 'coccolieten' worden genoemd. Coccolithofoorverkalking maakt gebruik van bicarbonaat (HCO ₃ ) uit zeewater en stoot CO . uit ₂ . Wanneer coccolithophore-cellen sterven, coccolieten en bijbehorend organisch materiaal zinken langzaam naar de zeebodem, en draagt ​​zo bij aan de opslag van koolstof in het diepe oceaanreservoir. Hoewel het kleine organismen zijn, de coccolithoforen spelen een sleutelrol in de wereldwijde koolstofcyclus vanwege het feit dat ze zeer overvloedig aanwezig zijn in de oceanen.

Verschillende recente laboratorium- en veldstudies geven aan dat verzuring van de oceaan waarschijnlijk de verkalking van coccolithophore zal belemmeren. Echter, sommige studies hebben een toename van coccolithofoorverkalking gemeld in meer zure omstandigheden.

Onthulling van de massa coccolieten

Het is daarom van groot belang om te begrijpen hoe omgevingsfactoren de mate van verkalking van coccolieten beïnvloeden. Het cruciale punt is om de massa van de calcietschil van deze micro-organismen nauwkeurig te kunnen schatten. "We hebben een methode ontwikkeld om de massa van individuele coccolieten te schatten met behulp van geautomatiseerde optische microscopie, ", zegt CNRS-wetenschapper Luc Beaufort. "Hoewel deze techniek erg handig is om in korte tijd de massa van een grote hoeveelheid coccolieten te meten, het was cruciaal om de nauwkeurigheid van deze metingen te beoordelen door te vergelijken met een andere zeer nauwkeurige methode."

Wetenschappers Alain Gibaud en Thomas Beuvier, regelmatige gebruikers van de ESRF, zet Yuriy Chushkin en Federico Zontone, wetenschappers van de ESRF, in contact met de paleontologen Luc Beaufort en Baptiste Suchéras-Marx en de zeebioloog Ian Probert. De coherente röntgendiffractiebeeldvormingstechniek op ESRF-bundellijn ID10 werd gebruikt om ongelooflijk gedetailleerde informatie te genereren over de 3D-structuur (en dus massa) van schelpen en individuele coccolieten van verschillende soorten coccolithophore.

Het team was in staat om de optische microscopiemethode te kalibreren en ontdekte dat elke coccoliet in de schaal verschillende kenmerken heeft, ondanks dat ze allemaal in dezelfde omgevingsomstandigheden zijn gemaakt. Om de variaties in coccolithgrootte en massa binnen enkele coccolithoforen te verklaren, ze ontdekten dat de massa van coccolieten evenredig is met de grootte van de organische schaal waarrond calcietkiemvorming elke 110 tot 120 nm plaatsvindt.

"Het experiment bij de ESRF was een uitdaging omdat de monsters, bij vijf tot zeven micron, waren bijna te groot voor ons om te studeren. Met coherente diffractiebeeldvorming, we managed to get information in 3-D and reconstruct the individual calcite crystals of the coccoliths, " says Yuriy Chushkin, scientist at the ESRF. "In feite, the largest samples scattered the beam so well that in one hour we had the full 3-D data set that we needed, " concludeert hij.

The next step for the team is to use the 3-D computed images of these coccoliths to get a deeper understanding of how calcification is controlled by these extraordinary phytoplanktons and of the mechanical properties of these tiny but very intricate calcite structures.