对珊瑚骨架增长的新了解表明恢复珊瑚礁的方法

来自Turbinaria Peltata的骨架的高功率显微镜图像显示了骨骼的离子附着（蓝色）和纳米颗粒附件（以绿色）的纳米粒子附着（以绿色）的图案，表明两个系统用于构建珊瑚骨架。

珊瑚礁是充满活力的社区，举办海洋中所有物种的四分之一，对其其余的生存间接是至关重要的。但他们慢慢染色 - 由于气候变化，一些估计说，30％至50％的珊瑚礁已经丢失 -

在一项新的研究中，威斯康星大学 - 麦迪逊物理学家在纳米级观察了珊瑚礁形成珊瑚，并确定了他们如何创造骷髅。结果提供了珊瑚如何抵抗酸化的海洋，这是由二氧化碳水平上升并表明控制水温而非酸度，对减轻损失和恢复珊瑚是至关重要的。

“珊瑚礁目前受到气候变化的威胁。这不是在目前的未来，“UW-Madison和该研究高级作者的物理教授Pupa Gilbert说。“珊瑚如何存入他们的骷髅是从根本上评估和帮助他们的生存。”

Pupa Gilbert。

珊瑚礁形成珊瑚是生产由金属石组成的硬骨架，一种形式的矿物碳酸钙。但骷髅如何增长仍然不清楚。一种模型表明珊瑚'钙化流体中的溶解钙和碳酸盐离子一次将一体连接到生长骨架的结晶神经内。2017年吉尔伯特及其同事提出的不同型号，并基于对一个珊瑚的研究，表示未溶解的纳米颗粒附着，然后缓慢结晶。

在新研究的第一部分，2020年11月9日发布的，在国家科学院的诉讼程序中，吉尔伯特和她的研究团队使用了一种被称为PEEM的光谱学技术来探讨越来越多的新鲜收获珊瑚的骨骼，包括所有四种可能的珊瑚礁形成珊瑚形状的代表：分支，大规模，覆盖和表。钙谱的PEEM化学图允许科学家们在纳米级确定不同形式的碳酸钙组织。

PEEM结果显示在珊瑚组织中存在的非晶纳米颗粒，在生长表面，在组织和骨架之间的区域中，但从未在成熟的骨架本身中，支持纳米粒子附着模型。然而，他们还表明，虽然生长边缘不受碳酸钙密集地填充，但成熟的骨架是 - 不支持纳米颗粒附着模型的结果。

“如果你想象一束球形，你永远无法完全填补空间;球体之间总有空间，“吉尔伯特说。“所以这是纳米粒子附着可能不是唯一的方法的第一个指示。”

研究人员接下来使用一种测量曝光的多孔材料内表面积的技术。由不生命的东西形成的制桥或方解石的大型地质晶体 - 发现表面积大约100倍，比由纳米颗粒组成的相同数量的材料。当他们将这种方法应用于珊瑚时，它们的骨架具有与大晶体的几乎相同的值，而不是纳米粒子材料。

“珊瑚填补空间，尽可能多的方解石或金色的晶体。因此，必须发生离子附着和颗粒连接，“Gilbert说。“倡导粒子与离子的两个独立阵营实际上是对的。”

珊瑚microomussa领主是研究的五种物种之一，以确定这些动物如何制造他们的石石骷髅。

这种新的对珊瑚骨架形成的理解只能有意义，如果还有一件事情是真的：海水并不与越来越多的骨架直接接触，正如普遍认为的那样。事实上，最近对珊瑚钙化液的研究发现，它含有略高的钙浓度和比海水更多的碳酸氢盐离子的三倍，支持生长骨骼的想法确实与海水隔离。

相反，研究人员提出了一种模型，其中珊瑚泵钙和来自海水通过珊瑚组织的碳酸酯离子，其将这些矿物质在骨架附近浓缩。重要的是，这种控制允许珊瑚调节其内部离子浓度，即使由于二氧化碳水平上升导致的海洋酸化。

“直到这项工作，人们假设海水和越来越多的骨架之间有接触。我们证明，骨架与海水完全分开，这具有即时后果，“Gilbert说。“如果有珊瑚礁修复策略，他们不应该专注于抗衡海洋酸化，他们应该专注于反海洋变暖。为了节省珊瑚礁，我们应该降低温度，而不是增加水pH值。“

参考：“从粒子附着到空间填充珊瑚骨架”由Chang-Yu Sun，Cayla A. Stifler，Rajesh V.Chopdekar，Connor A. Schmidt，Ganesh Parida，Vanessa Schoeppler，Benjamin I. Fordyce，杰克H. Brau，Tali Mass ，SylvieTambutté和Pupa Upa Gilbert，11月13日2020年11月13日，国家科学院院员.OI：
10.1073 / pnas.2012025117

对本研究的支持来自美国能源部（DE-FG02-07ER15899），国家科学基金会（DMR-1603192）和欧洲研究理事会（授予协议NO 755876）。在美国能源部支撑的先进光源（合同号DE-AC02-05CH11231）支撑的先进光源进行光谱分析实验。