Okrzemki – jednokomórkowe glony o skomplikowanych, szklanych muszlach – są często podziwiane ze względu na ich oszałamiające piękno. Glony te odgrywają kluczową rolę w chemii i ekologii oceanów, pomagając regulować klimat i morskie łańcuchy pokarmowe w ciągu całego życia. Teraz nowe badania pokazują, że ich wpływ trwa także po śmierci, szybko zmieniając chemię oceanów i potencjalnie wpływając na klimat Ziemi w większym stopniu, niż wcześniej sądzono.
Nieoczekiwane tempo odwrotnego starzenia
Zespół Georgia Tech odkrył, że szkielety okrzemek wykonane z krzemionki zaskakująco szybko zamieniają się w minerały ilaste – w ciągu zaledwie 40 dni. Wcześniej naukowcy uważali, że proces ten, znany jako odwrotne wietrzenie, trwał setki lub tysiące lat. Wyniki opublikowane w Science Advances podkreślają dynamiczną rolę tych mikroskopijnych organizmów w regulowaniu klimatu planety.
Od szkła do gliny: przemiana chemiczna
Kiedy okrzemka obumiera, większość jej szkieletu krzemionkowego ulega rozpuszczeniu. Jednakże pozostała krzemionka może ulec odwrotnemu wietrzeniu, procesowi przekształcającemu ją w nowe minerały ilaste zawierające metale śladowe. Proces ten uwalnia również wcześniej zgromadzony węgiel z powrotem do atmosfery, gdy opady atmosferyczne wchodzą w interakcję z wodą morską. Ta interakcja między krzemem, węglem i metalami śladowymi znacząco wpływa na chemię oceanów i pomaga z czasem ustabilizować klimat Ziemi.
Odtworzenie warunków panujących na dnie oceanu w laboratorium
Aby zrozumieć, jak i jak szybko zachodzi odwrotne wietrzenie, naukowcy stworzyli specjalistyczny dwukomorowy reaktor, który symuluje warunki panujące na dnie oceanu. Jedna komora zawierała krzemionkę okrzemkową, a druga minerały żelaza i glinu, oddzielone membraną, która umożliwiała wymieszanie rozpuszczonych pierwiastków. Korzystając z zaawansowanej mikroskopii, spektroskopii i analizy chemicznej, zespół prześledził całkowitą transformację od rozpuszczenia otoczki przez okrzemkę do powstania nowych minerałów ilastych.
Wyniki były oszałamiające: w ciągu zaledwie 40 dni krzemionka okrzemkowa została przekształcona w bogate w żelazo minerały ilaste – te same minerały, które można znaleźć w osadach morskich. To pokazuje, że odwrotne wietrzenie nie jest powolnym procesem zachodzącym w tle, ale aktywnym składnikiem współczesnej chemii oceanów, wpływającym na dostępność krzemionki, poziom dwutlenku węgla i recykling składników odżywczych.
Implikacje dla modelowania klimatu i ekosystemów oceanicznych
„Niesamowicie było zobaczyć, jak szybko szkielety okrzemek mogą przekształcić się w zupełnie nowe minerały, a także zrozumieć mechanizmy stojące za tym procesem” – powiedziała Simone Zhao, pierwsza autorka badania.
Szybka transformacja okrzemek ma daleko idące konsekwencje. Sugeruje to, że chemia oceanów jest bardziej dynamiczna i potencjalnie lepiej reaguje na współczesne zmiany środowiskowe, niż wcześniej sądzono. Wyniki rozwiązują także długoletnią zagadkę: naukowcy od dawna wiedzieli, że więcej krzemionki przedostaje się do oceanu, niż jest zakopywane, a badania te pokazują, że duża jej część przekształca się w nowe minerały w wyniku szybkiego odwrotnego wietrzenia.
„Okrzemki odgrywają kluczową rolę w ekosystemach morskich i globalnej pompie węglowej” – wyjaśnił Jeffrey Krause, współautor i oceanograf. “Wiedzieliśmy już o ich znaczeniu w życiu. Teraz wiemy, że nawet po śmierci szczątki okrzemek nadal kształtują chemię oceanów w sposób, który wpływa na obieg węgla i składników odżywczych, co naprawdę zmienia zasady gry.”
Przypomnienie o przyszłych badaniach i podstawach naukowych
Badania zespołu dostarczą wskazówek osobom zajmującym się modelowaniem klimatu badającym rolę oceanu w regulacji zawartości węgla atmosferycznego, a także udoskonalą modele zasadowości oceanów i zakwaszenia wybrzeży. Ich kolejne kroki obejmują badanie, w jaki sposób czynniki takie jak skład chemiczny wody wpływają na te przemiany oraz badanie próbek ze środowisk przybrzeżnych i głębinowych, aby porównać wyniki laboratoryjne ze światem naturalnym.
„To badanie zmienia sposób, w jaki naukowcy myślą o dnie oceanu, nie jako o pasywnym miejscu pochówku, ale jako o dynamicznym silniku chemicznym” – powiedział Yuanzhi Tang, starszy autor badania.
Badanie stanowi mocne przypomnienie znaczenia nauk podstawowych i podkreśla, jak procesy molekularne zachodzące w drobnych organizmach mogą mieć głęboki wpływ na systemy ziemskie.
