Наноуровневый взгляд на формирование раковин и кораллов показывает, что биоминерализация сложнее, чем предполагалось
Новое исследование на источнике синхротронного излучения Advanced Light Source в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли показало, что процесс биоминерализации, который морские организмы используют для связывания углерода в своих телах, более сложен и разнообразен, чем считалось ранее.
Изучая края образцов кораллов, морских ежей и моллюсков, где начинают формироваться временные строительные блоки — «минеральные предшественники», — исследователи обнаружили сюрприз. Кораллы и моллюски продуцировали предшественник минерала, который ранее никогда не наблюдался в живых организмах и был создан синтетически лишь недавно.
Также было обнаружено разнообразие типов строительных блоков. Помимо ожидаемых «аморфных» предшественников (минералов без повторяющейся атомной структуры), учёные нашли и «кристаллические» предшественники — более структурированные и упорядоченные минералы. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
«Одно из удивительных наблюдений: скелеты кораллов и перламутр моллюсков формируются из абсолютно одинаковых предшественников, хотя эти виды эволюционировали совершенно независимо друг от друга», — отметила Пупа Гилберт, приглашённый учёный из Беркли и профессор Университета Висконсин-Мэдисон.
Учёные также обнаружили разные пропорции строительных блоков у разных видов. Неожиданный минеральный предшественник — гемигидрат карбоната кальция (CCHH) — и другой блок (моногидрокальцит, MHC) были найдены в кораллах и моллюсках. Однако в иглах морских ежей CCHH и MHC присутствовали лишь в следовых количествах, что указывает на разные стратегии биоминерализации у разных животных.
Открытие стало возможным благодаря использованию Advanced Light Source (ALS) — циклического ускорителя частиц, производящего интенсивные пучки света. Учёные применили две различные методики для изучения поверхности материалов и их химического состава, что и выявило неожиданные минералы.
«Проводить эти эксперименты невероятно сложно, потому что образцы нужно анализировать немедленно, пока они свежие, чтобы застать предшественники в момент формирования биоминералов», — пояснила Гилберт.
Для изучения минеральных частиц на наноуровне исследователи также разработали новый метод — «Myriad Mapping». Эта техника позволяет визуализировать все различные типы и относительные концентрации минералов на одном изображении, тогда как предыдущие методы ограничивали учёных лишь тремя типами.
Гилберт и её коллеги продолжают исследования, изучая, как повышение кислотности океанской воды влияет на процесс биоминерализации у морских обитателей. Понимание этого процесса крайне важно для прогнозирования реакции морской жизни на изменения окружающей среды, такие как закисление океанов из-за изменения климата.