По словам Цая, Мэри А.С. Исследовательская группа Lighthipe, кафедра Земли, океана и окружающей среды, в которую входят коллеги из Университета Джорджии и Университета штата Огайо, первой измерила концентрацию карбонатных ионов внутри коралла с помощью специального датчика карбоната, разработанного в лаборатории Цая.Исследователи сообщили о своих выводах в статье, опубликованной в Nature Communications 4 апреля.
Разгадывая тайнуПодкисление океана (ОА) — это продолжающееся снижение pH в мировом океане из-за поглощения избыточного углекислого газа из атмосферы. Ученые знают, что ОА влияет на формирование и развитие раковины у морских кальцифицирующих организмов, но они не знают точно, почему.
«С микроэлектродом профессора Цая теперь у нас есть возможность исследовать ткань желудка коралла и кальцифицирующую жидкость рядом с камнем скелета, и собирать данные о химическом составе там, где происходит кальцификация», — объяснил Уорнер, морской пехотинец. профессор естественных наук в UD.
Это очень важно, продолжил Уорнер, потому что, хотя ученые знают, как ОА изменяет химический состав морской воды, они еще не понимают, как меняется химический состав жидкости глубоко внутри коралла, где кораллы образуют свой карбонатный скелет.«Чтобы полностью понять карбонатную систему, вам нужны два параметра.
Если вы измеряете только pH, как это делалось исторически, мы можем только догадываться, какими могут быть другие параметры растворенного неорганического углерода», — сказал Цай.Измерения стоили ожиданияЧтобы измерить pH, Цай и его коллеги вставили миниатюрный электрод, оснащенный микродатчиками, в тонкий слой кальцифицирующей жидкости коралла, который меньше человеческого волоса и составляет всего несколько микрометров.
Они также вставили второй электрод, оснащенный датчиком карбоната, разработанным в лаборатории Цая, для прямого измерения концентрации карбонат-ионов.Специальное химическое вещество внутри датчика карбоната было разработано для перемещения ионов карбоната через мембрану, создавая разность напряжений, которую можно измерить и использовать для количественной оценки концентрации карбоната.
Работа была сложной и требовала многих попыток и большого терпения, прежде чем она увенчалась успехом. «Если надавить слишком сильно, электрод пропустит жидкость и сломается твердый каркас», — сказал Цай.Результаты исследователей подтвердили то, что ранее измеряли другие ученые — pH внутри кальцифицирующего слоя коралла высок. Это открытие подтверждает идею о том, что кораллы оснащены протонным насосом, который отталкивает протоны от этого участка, чтобы регулировать pH и позволить произойти кальцификации.
Команда также измерила высокие концентрации карбонат-ионов. Затем ученые использовали два измерения, чтобы вычислить общее количество присутствующего растворенного неорганического углерода.Текущие гипотезы предполагают, что растворенный неорганический углерод высококонцентрирован внутри кальцификационного слоя коралла, однако результаты исследователей показывают, что он может быть не таким высококонцентрированным, как считалось ранее.
«Наши результаты показывают, что она похожа на морскую воду или даже немного ниже морской», — сказал Цай.Исследователи предполагают, что причина в том, что коралл быстро использует углерод для создания своих скелетов.
Одна из гипотез, связанных с ОА, заключается в том, что кораллу приходится усерднее работать, чтобы сохранить такое же количество скелета, когда происходит изменение pH.«По крайней мере, для кораллов, на которых мы его тестировали, когда мы снова вычисляем химический состав в этой области, наши результаты показывают, что им, возможно, не придется работать так усердно, как мы думали. Работа определенно открывает область исследования, чтобы спросить больше вопросов, связанных с закислением океана и потребностью в энергии, а также с тем, как кораллы потенциально могут противостоять этим видам стрессоров », — сказал Уорнер.«Это также может объяснить, почему на скорость кальцификации многих видов кораллов не влияет подкисление океана», — сказала соавтор исследования Андреа Гроттоли из Университета штата Огайо.
Следующие шагиТеперь, когда ученые преодолели технические трудности, связанные с выполнением этих сложных измерений внутри кораллов, следующим шагом будет сбор измерений в других условиях и от других видов кораллов.
Например, Цай предполагает проводить измерения при различных условиях закисления океана, условиях освещения или температуры, а также при воздействии на коралл различных питательных веществ или факторов окружающей среды.«Нам предстоит пройти долгий путь, — сказал он, — но я уверен, что эта работа поможет научному сообществу взглянуть на механизмы кальцификации кораллов несколько иначе, чем подходы, которые мы видели в прошлом», — сказал Цай.Это также может помочь ученым лучше понять доставку углерода — то, как углерод движется внутри коралла — и как внешние изменения pH могут повлиять на биохимию коралла.«Эти инструменты и результаты, которые мы получили с их помощью, позволили по-новому взглянуть на механизмы кальцификации, и в настоящее время мы работаем над включением этих результатов в модели переработки углерода кораллов», — сказал Брайан Хопкинсон, сотрудник Университета Джорджии.
"Некоторые из предпосылок, над которыми работали ученые в отношении ОА, основаны на том, что происходит с химическим составом морской воды, но кораллы также меняют эти концентрации биологически. Это своего рода инструмент, который поможет нам выяснить, какие кораллы поступают иначе ", — добавил Уорнер.