Estructuras de cocosferas por imágenes de difracción coherente de rayos X tridimensionales realizadas en el ESRF, sincrotrón europeo. (A) Imagen SEM de G. oceanicaRCC1314. (B) Vista 3D-CXDI de G. oceanicaRCC1314. (C) Vistas 3D-CXDI de otras seis cocosferas. Barra de escala =1μm. Crédito:Thomas Beuvier, ESRF, IMMM, CNRS UMR 6283, Universidad de Le Mans
Los cocolitóforos son algas marinas microscópicas que utilizan dióxido de carbono para crecer, y liberan dióxido de carbono cuando crean sus cáscaras de calcita en miniatura. Estos diminutos Por lo tanto, los abundantes microorganismos planctónicos podrían verse seriamente afectados por el aumento actual de las emisiones de dióxido de carbono. Científicos del CNRS, Universidad de Le Mans, Universidad de la Sorbona, Université Aix-Marseille y ESRF, el sincrotrón europeo, han revelado la estructura tridimensional a nivel nano de sus conchas de calcita, proporcionando nuevas perspectivas para la evaluación del papel de estos diminutos microorganismos en el ciclo global del carbono. Un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza muestra nuevas correlaciones entre su masa y el tamaño de la plantilla orgánica alrededor de la cual tiene lugar la nucleación y el crecimiento de la calcita.
Probablemente nunca hayas oído hablar de ellos, pero es posible que, sin darse cuenta, haya notado cocolitóforos en las imágenes satelitales del mar cuando una magnífica mancha de color turquesa lechoso aparece en las aguas superficiales, lo que indica que hay trillones de este fitoplancton calcificado unicelular.
Aproximadamente un tercio del dióxido de carbono liberado a la atmósfera como resultado de la actividad humana es absorbido por los océanos. donde reacciona químicamente y hace que el agua sea más ácida. Esta, Sucesivamente, dificulta ciertos organismos marinos calcificantes, como estrellas de mar, erizos de mar, corales y cocolitóforos para construir sus conchas o esqueletos.
Cuando pequeños organismos impactan el ciclo global del carbono
Cocolitóforos, organismos unicelulares mucho más pequeños que los píxeles en la pantalla de su computadora, son actores activos en el ciclo del carbono. Viven en las capas superficiales del mar, donde usan la luz para realizar la fotosíntesis, fijación de CO 2 en materia orgánica que conduce a una disminución del CO disuelto 2 en el océano. A diferencia de otros fitoplancton fotosintéticos, los cocolitóforos producen calcita (es decir, CaCO 3 ) en forma de diminutas plaquetas llamadas "cocolitos". La calcificación del cocolitóforo utiliza bicarbonato (HCO 3 ) del agua de mar y libera CO 2 . Cuando las células del cocolitóforo mueren, los cocolitos y la materia orgánica asociada se hunden lentamente en el lecho marino, contribuyendo así al almacenamiento de carbono en el depósito del océano profundo. Aunque son organismos diminutos, los cocolitóforos juegan un papel clave en el ciclo global del carbono debido al hecho de que son muy abundantes en los océanos.
De cocosferas (izquierda) a cocolitos (derecha). Los cocolitóforos son algas marinas microscópicas que usan dióxido de carbono para crecer, pero liberan dióxido de carbono cuando crean sus conchas de calcita en miniatura llamadas 'cocolitos'. Crédito:Alain Gibaud, IMMM, CNRS UMR 6283, Universidad de Le Mans
Varios estudios recientes de laboratorio y de campo indican que es probable que la acidificación de los océanos obstaculice la calcificación de los cocolitóforos. Sin embargo, algunos estudios han informado de un aumento de la calcificación del cocolitóforo en condiciones más ácidas.
Revelando la masa de cocolitos
Por tanto, es de gran interés comprender cómo influyen los factores ambientales en el grado de calcificación de los cocolitos. La cuestión crucial es poder estimar con precisión la masa de la capa de calcita de estos microorganismos. "Hemos desarrollado un método para estimar la masa de cocolitos individuales utilizando microscopía óptica automatizada, "dice el científico del CNRS Luc Beaufort." Aunque esta técnica es muy útil para medir la masa de una gran cantidad de cocolitos en un corto período de tiempo, era crucial evaluar la precisión de estas mediciones comparándolas con otro método muy preciso ".
Los científicos Alain Gibaud y Thomas Beuvier, usuarios habituales del ESRF, pon Yuriy Chushkin y Federico Zontone, científicos de la ESRF, en contacto con los paleontólogos Luc Beaufort y Baptiste Suchéras-Marx y el biólogo marino Ian Probert. La técnica de imágenes de difracción de rayos X coherente en la línea de luz ESRF ID10 se utilizó para generar información increíblemente detallada sobre la estructura 3-D (y, por lo tanto, la masa) de las conchas y cocolitos individuales de varias especies de cocolitóforos.
Floración de cocolitóforos visibles desde el espacio. Crédito:NASA
El equipo pudo calibrar el método de microscopía óptica y descubrió que cada cocolito en la cáscara tiene características diferentes, a pesar de que todos han sido creados en las mismas condiciones ambientales. Para explicar las variaciones en el tamaño y la masa de los cocolitos dentro de los cocolitóforos individuales, encontraron que la masa de los cocolitos es proporcional al tamaño de la escala orgánica alrededor de la cual ocurre la nucleación de la calcita cada 110 a 120 nm.
"El experimento en el ESRF fue un desafío porque las muestras, de cinco a siete micrones, eran casi demasiado grandes para estudiar. Con imágenes de difracción coherentes, logramos obtener información en 3-D y reconstruir los cristales individuales de calcita de los cocolitos, "dice Yuriy Chushkin, scientist at the ESRF. "De hecho, the largest samples scattered the beam so well that in one hour we had the full 3-D data set that we needed, " he concludes.
The next step for the team is to use the 3-D computed images of these coccoliths to get a deeper understanding of how calcification is controlled by these extraordinary phytoplanktons and of the mechanical properties of these tiny but very intricate calcite structures.
