Poprvé vědci mohou vidět, jak schránky drobných mořských organismů rostou atom po atomu, uvádí nová studie. Pokrok poskytuje nové poznatky o mechanismech biomineralizace a zlepší naše chápání změn životního prostředí v minulosti Země.
Pod vedením vědců z University of California, Davis a University of Washington, s klíčovou podporou Pacific Northwest National Laboratory Ministerstva energetiky USA, tým zkoumal organicko-minerální rozhraní, kde začínají první krystaly uhličitanu vápenatého. objevit se ve schránkách foraminifer, druhu planktonu.
„Poprvé jsme zahlédli horizont biologických událostí,“řekl Howard Spero, spoluautor studie a profesor geochemie na UC Davis. Zjištění byla zveřejněna v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.
Foraminifera's Final Frontier
Výzkumníci přiblížili lastury na atomové úrovni, aby lépe porozuměli tomu, jak mohou růstové procesy ovlivnit hladiny stopových nečistot v lasturách. Tým se podíval na klíčovou fázi – interakci mezi biologickou „šablonou“a zahájením růstu skořápky. Vědci vytvořili mapu chemie na tomto klíčovém rozhraní ve foraminifera Orbulina universa v atomovém měřítku. Toto je vůbec první měření chemie biomineralizační šablony uhličitanu vápenatého, řekl Spero.
Mezi nové poznatky patří zvýšené hladiny sodíku a hořčíku v organické vrstvě. To je překvapivé, protože tyto dva prvky nejsou považovány za důležité architekty ve stavbách, řekl hlavní autor studie Oscar Branson, bývalý postdoktorandský výzkumník na UC Davis, který je nyní na Australské národní univerzitě v Canbeře. Také může být nutné vzít v úvahu vyšší koncentrace hořčíku a sodíku v organické šabloně při zkoumání minulého klimatu s lasturami foraminifer.
Kalibrace zemského klimatu
Většina toho, co víme o minulém klimatu (mimo záznamy ledového jádra), pochází z chemických analýz schránek provedených drobnými jednobuněčnými tvory zvanými foraminifera neboli „forami“. Když foramy zemřou, jejich skořápky se potopí a zůstanou zachovány v bahně mořského dna. Chemie uchovaná ve starověkých skořápkách zachycuje změny klimatu na Zemi, archiv, který se táhne téměř 200 milionů let.
Skořápky z uhličitanu vápenatého obsahují prvky z mořské vody – jako je vápník, hořčík a sodík – jak skořápky rostou. Množství stopových nečistot ve skořápce závisí jak na okolních podmínkách prostředí, tak na tom, jak jsou skořápky vyrobeny. Například, čím více hořčíku má lastura, tím teplejší byl oceán, kde tato lastura vyrostla.
"Zjištění, kolik hořčíku je ve skořápce, nám umožní zjistit teplotu mořské vody až 150 milionů let," řekl Branson.
Hladiny hořčíku se ale také liší v rámci skořápky, kvůli pásům růstu v nanometrovém měřítku. Každý pruh je jednodenní růst (podobně jako sezónní variace v letokruhů). Branson řekl, že přetrvávají značné mezery v pochopení toho, co přesně způsobuje denní pásy v mušlích.
"Víme, že procesy tvorby skořápek jsou důležité pro chemii skořápek, ale o těchto procesech ani o tom, jak se mohly v průběhu času změnit, moc nevíme," řekl. "To přidává značnou nejistotu rekonstrukcím klimatu."
Atomové mapy
Výzkumníci použili dvě nejmodernější techniky: hmotnostní spektrometrii s sekundární ionizací doby letu (ToF-SIMS) a laserovou atomovou sondovou tomografii (APT). ToF-SIMS je technika dvourozměrného chemického mapování, která ukazuje elementární složení povrchu leštěného vzorku. Tato technika byla vyvinuta pro elementární analýzu složitých polymerních materiálů a právě se začíná používat na přírodní vzorky, jako jsou mušle.
APT je technika trojrozměrného mapování v atomovém měřítku vyvinutá pro sledování vnitřních struktur v pokročilých slitinách, křemíkových čipech a supravodičech. Zobrazování APT bylo provedeno v Environmental Molecular Sciences Laboratory, uživatelském zařízení vědeckého úřadu amerického ministerstva energetiky v Pacific Northwest National Laboratory.
