Будущее кораллов и что могут рассказать нам рентгеновские лучи

от

Этим летом новости пестрели заголовками: из-за климатического кризиса океаны достигли критической точки. Поглощение углекислого газа делает океаны всё более кислотными.

Раковины некоторых морских улиток уже демонстрируют первые признаки повреждений. Но и скелетные структуры коралловых рифов разрушаются в более кислотных условиях. Это особенно тревожно, учитывая, что кораллы уже страдают от морских тепловых волн и загрязнения, которые приводят к обесцвечиванию и, в конечном итоге, к гибели целых рифов по всему миру. Но как именно подкисление океана влияет на структуры рифов?

Профессор доктор Тали Масс, морской биолог из Хайфского университета в Израиле, является экспертом по каменистым кораллам. Вместе с профессором доктором Полом Засланским, экспертом по рентгеновской визуализации из Charité Berlin, она исследовала формирование скелета у молодых кораллов в BESSY II. Кораллы выращивались в условиях, имитирующих различные уровни pH.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.

Антония Рётгер поговорила онлайн с двумя экспертами о результатах их недавнего исследования и будущем коралловых рифов.

Масс: Это личинки кораллов из колоний каменистого коралла Stylophora pistillata из Красного моря. Мы сами собрали их во время нереста в апреле 2020 года на глубине в несколько метров. Они происходят из рифа рядом с Межуниверситетским институтом морских наук в заливе Эйлат, Израиль.

Мы позволили этим личинкам расти в нашей системе аквариумных симуляторов окружающей среды в течение нескольких недель и подвергли их воздействию различных условий pH. В одних резервуарах была нормальная морская вода, в то время как в других были воспроизведены условия, имитирующие кислотность, прогнозируемую в конце этого века, если не будут приняты меры по защите климата во всём мире.

Этот сценарий, известный как RCP8.5, связан со значительным подкислением и глобальным повышением температуры на четыре градуса или более, что, как ожидается, вызовет серьёзные глобальные нарушения. В этом контексте кораллы открывают нам окно в потенциальное мрачное будущее.

Масс: Каждое отдельное коралловое животное создаёт свою структуру, выделяя минеральный карбонат кальция. Выживание кораллов зависит от формирования прочного скелета на этих ранних стадиях жизни, сохраняющегося и во взрослом возрасте.

Засланский: Скелет состоит из двух различных компонентов: кальциевых центров, известных как RAD, и волокнистых структур, известных как TD. RAD состоят из гранулированного карбоната кальция, а TD — из плотно упакованных удлинённых кристаллов, в основном арагонита. Любопытно, что, несмотря на большой прогресс, многое о процессе роста скелета остаётся неясным. Например, широко распространено мнение, что сначала формируются RAD, а затем TD прикрепляются и растут наружу.

Масс: Детальное знание кальцификации кораллов важно для базового понимания биоминерализации кораллов, но также и для прогнозирования будущего и поиска способов вмешательства. Имея научно обоснованные знания, мы могли бы разработать стратегии защиты, которые затем можно было бы протестировать в полевых условиях. В то же время просто увлекательно исследовать, как в природе возникают такие широко распространённые и эволюционно важные сложные скелетные архитектуры. Это может даже стать вдохновением для разработки новых материалов.

Засланский: В BAMline в BESSY II мы нашли способ напрямую визуализировать в трёх измерениях, где и когда формировались минеральные фазы кораллов. С помощью контрастной и абсорбционной томографической визуализации и тщательного анализа больших объёмов данных с помощью искусственного интеллекта мы подробно количественно оценили образцы.

Результаты оказались весьма неожиданными. Чтобы убедиться в их достоверности, мы подтвердили наши выводы, объединив различные методы: высокоразрешающую синхротронную рентгеновскую микрокомпьютерную томографию, сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) и рентгеновскую дифракцию (XRD) и рентгеновскую флуоресцентную (XRF) съёмку. Это позволило нам различить различные минеральные фазы, чтобы расшифровать их состав и понять их трёхмерную динамику роста. Мы также использовали моделирование методом Монте-Карло, чтобы правильно интерпретировать результаты.

Засланский: Действительно, теперь мы можем лучше описать количественно структуру скелета, включая минеральный состав TD и RAD. Наши данные показывают, что TD и RAD формируются одновременно, а не последовательно, как предполагалось ранее. Это проливает свет на то, как кораллы адаптируются к среде, в которой они растут. Мы наблюдали значительные различия в моделях роста в нормальных и подкисленных условиях океана.

При сильном подкислении, что означает pH 7,6, RAD становятся недоразвитыми, снижая стабильность скелета. В то же время мы наблюдали, что как TD, так и RAD имеют более высокую плотность в кислотных условиях, чем в нормальных. Это говорит о том, что коралловые животные могут адаптировать кристаллы, которые они производят. Это увлекательно.

Масс: Наши результаты показывают, что влияние подкисления океана на формирование скелета кораллов более сложное, чем считалось ранее. Будет ли этого достаточно, чтобы обеспечить их выживание, — большой вопрос. Пока кораллы в Красном море впечатляюще устойчивы к тепловым волнам, но это может измениться, если глобальное потепление и подкисление продолжатся. Мы ясно видим, что более низкий pH приводит к меньшей стабильности, что определённо является дополнительным стрессовым фактором. Нам срочно нужны эффективные меры по защите климата, чтобы предотвратить наихудшие сценарии.

Предоставлено Helmholtz Association of German Research Centres.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте