Koraalriffen zijn levendige gemeenschappen die een kwart van alle soorten in de oceaan huisvesten en indirect cruciaal zijn voor het voortbestaan ​​van de rest. Maar ze sterven langzaam uit - volgens sommige schattingen is 30 tot 50 procent van de riffen verloren gegaan - als gevolg van klimaatverandering.

In een nieuwe studie, Natuurkundigen van de University of Wisconsin-Madison observeerden rifvormende koralen op nanoschaal en identificeerden hoe ze hun skeletten creëren. De resultaten geven een verklaring voor hoe koralen resistent zijn tegen verzurende oceanen veroorzaakt door stijgende koolstofdioxideniveaus en suggereren dat het beheersen van de watertemperatuur, geen zuurgraad, is cruciaal voor het beperken van verlies en het herstellen van riffen.

"Koraalriffen worden momenteel bedreigd door klimaatverandering. Het is niet in de toekomst, het is in het heden, " zegt Pupa Gilbert, een natuurkundeprofessor aan UW-Madison en senior auteur van de studie. "Hoe koralen hun skeletten deponeren, is van fundamenteel belang om hun overleving te beoordelen en te helpen."

Rifvormende koralen zijn zeedieren die een hard skelet produceren dat bestaat uit aragoniet, een vorm van het mineraal calciumcarbonaat. Maar hoe de skeletten groeien is onduidelijk gebleven. Eén model suggereert dat opgeloste calcium- en carbonaationen in de verkalkende vloeistof van de koralen zich één voor één hechten aan het kristallijne aragoniet van het groeiende skelet. Een ander model, voorgesteld door Gilbert en collega's in 2017 en gebaseerd op een studie van één soort koraal, suggereert in plaats daarvan dat onopgeloste nanodeeltjes zich hechten en vervolgens langzaam kristalliseren.

In het eerste deel van een nieuwe studie, gepubliceerd op 9 november in de Proceedings van de National Academy of Sciences , Gilbert en haar onderzoeksteam gebruikten een spectromicroscopietechniek die bekend staat als PEEM om de groeiende skeletten van vijf vers geoogste koralen te onderzoeken, inclusief vertegenwoordigers van alle vier mogelijke rifvormende koraalvormen:vertakking, enorm, korstvorming, en tafel. Met PEEM-chemische kaarten van calciumspectra konden de wetenschappers de organisatie van verschillende vormen van calciumcarbonaat op nanoschaal bepalen.

PEEM-resultaten toonden amorfe nanodeeltjes aanwezig in het koraalweefsel, aan het groeioppervlak, en in het gebied tussen het weefsel en het skelet, maar nooit in het volwassen skelet zelf, ter ondersteuning van het aanhechtingsmodel voor nanodeeltjes. Echter, ze toonden ook aan dat hoewel de groeirand niet dicht opeengepakt is met calciumcarbonaat, het volwassen skelet is - een resultaat dat het gehechtheidsmodel van nanodeeltjes niet ondersteunt.

"Als je je een stel bollen voorstelt, je kunt de ruimte nooit helemaal vullen; er is altijd ruimte tussen sferen, "zegt Gilbert. "Dus dat was de eerste indicatie dat de hechting van nanodeeltjes misschien niet de enige methode is."

De onderzoekers gebruikten vervolgens een techniek die het blootgestelde interne oppervlak van poreuze materialen meet. Grote geologische kristallen van aragoniet of calciet - gevormd door iets dat niet leeft - blijken ongeveer 100 keer minder oppervlakte te hebben dan dezelfde hoeveelheid materiaal bestaande uit nanodeeltjes. Toen ze deze methode op koralen toepasten, hun skeletten gaven bijna dezelfde waarde als grote kristallen, geen nanodeeltjes.

"Koralen vullen de ruimte net zo goed als een enkel kristal van calciet of aragoniet. zowel ionenaanhechting als deeltjesaanhechting moeten plaatsvinden, " zegt Gilbert. "De twee afzonderlijke kampen die pleiten voor deeltjes versus ionen hebben eigenlijk allebei gelijk."

Dit nieuwe begrip van de vorming van koraalskeletten kan alleen zinvol zijn als nog één ding waar is:dat zeewater niet in direct contact staat met het groeiende skelet, zoals algemeen werd aangenomen. In feite, recente studies van de koraalverkalkende vloeistof hebben aangetoond dat het iets hogere concentraties calcium en drie keer meer bicarbonaationen bevat dan zeewater, ter ondersteuning van het idee dat het groeiende skelet inderdaad geïsoleerd is van zeewater.

In plaats daarvan, de onderzoekers stellen een model voor waarbij de koralen calcium- en carbonaationen uit zeewater door koraalweefsel pompen, die die mineralen in de buurt van het skelet concentreert. belangrijk, deze controle stelt koralen in staat om hun interne ionenconcentraties te reguleren, zelfs als oceanen verzuren als gevolg van stijgende koolstofdioxidegehaltes.

"Tot aan dit werk, men had aangenomen dat er contact was tussen zeewater en het groeiende skelet. We hebben aangetoond dat het skelet volledig gescheiden is van zeewater, en dit heeft onmiddellijke gevolgen, "zegt Gilbert. "Als er strategieën voor koraalrifsanering moeten zijn, ze moeten zich niet concentreren op het tegengaan van verzuring van de oceaan, ze zouden zich moeten concentreren op het tegengaan van de opwarming van de oceaan. Om koraalriffen te redden moeten we de temperatuur verlagen, de pH van het water niet verhogen."