作者莎拉·濮培德，威斯康星大学 盾形涡虫骨骼的高倍显微图像显示了新矿物质在骨骼上的离子附着(蓝色)和纳米粒子附着(绿色)模式，表明这两种系统都用于构建珊瑚骨骼
信用:蛹吉尔伯特 珊瑚礁是充满活力的群落，容纳了海洋中四分之一的物种，对其余物种的生存间接至关重要
但是由于气候变化，它们正在慢慢死亡——据估计，30%到50%的珊瑚礁已经消失
在一项新的研究中，威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家观察了纳米级的造礁珊瑚，并确定了它们是如何形成骨骼的
这些结果解释了珊瑚是如何抵抗二氧化碳水平上升导致的海洋酸化的，并表明控制水温而不是酸度对于减轻损失和恢复珊瑚礁至关重要
“珊瑚礁目前受到气候变化的威胁
“不是在未来，而是在现在，”帕普·吉尔伯特说，他是UW大学的物理学教授，也是这项研究的资深作者
“珊瑚如何沉积骨骼对评估和帮助它们生存至关重要
" 造礁珊瑚是海洋动物，产生由文石组成的坚硬骨骼，文石是碳酸钙矿物的一种形式
但是骨骼是如何生长的还不清楚
一个模型表明，珊瑚钙化液中溶解的钙和碳酸盐离子一次附着一个到生长骨骼的结晶霰石中
吉尔伯特和他的同事在2017年提出了一个不同的模型，该模型基于对一种珊瑚的研究，该模型认为未溶解的纳米粒子附着在一起，然后慢慢结晶
在一项新研究的第一部分，发表于11月
9在《美国国家科学院院刊》中，Gilbert和她的研究小组使用了一种被称为PEEM的光谱显微镜技术来探测五种新收获的珊瑚的生长骨骼，包括所有四种可能形成珊瑚礁的珊瑚形状的代表:分枝状、块状、硬壳状和扁平状
钙光谱的PEEM化学图谱使科学家们能够确定不同形式的碳酸钙在纳米尺度上的结构
PEEM的结果显示，无定形纳米粒子存在于珊瑚组织、生长表面以及组织和骨骼之间的区域，但从未存在于成熟骨骼本身，支持纳米粒子附着模型
然而，他们也表明，虽然生长的边缘没有密集填充碳酸钙，但成熟的骨架是——这一结果不支持纳米粒子附着模型
“如果你想象一堆球体，你永远无法完全填满空间；“球体之间总是有空间的，”吉尔伯特说
“所以这是第一次表明纳米粒子附着可能不是唯一的方法
" 研究人员接下来使用了一种测量多孔材料暴露内部表面积的技术
发现由非生物形成的大型地质晶体文石或方解石的表面积比相同数量的纳米颗粒材料的表面积小100倍左右
当他们将这种方法应用于珊瑚时，它们的骨骼给出了与大晶体几乎相同的价值，而不是纳米颗粒材料
珊瑚像方解石或文石的单晶一样充满空间
因此，离子附着和粒子附着都必须发生，”吉尔伯特说
“主张粒子对离子的两个不同阵营实际上都是对的
" 这种对珊瑚骨骼形成的新认识只有在以下情况下才有意义:海水不像通常认为的那样与生长中的骨骼直接接触
事实上，最近对珊瑚钙化液的研究发现，它含有略高于海水的钙浓度和三倍多的碳酸氢根离子，这支持了生长中的骨骼确实与海水隔离的观点
相反，研究人员提出了一个模型，在这个模型中，珊瑚通过珊瑚组织从海水中泵出钙和碳酸盐离子，从而将这些矿物质聚集在骨骼附近
重要的是，这种控制允许珊瑚调节其内部离子浓度，即使海洋因二氧化碳水平上升而酸化
“在这项工作之前，人们一直认为海水和生长中的骨骼之间有联系
我们证明了骨骼是完全独立于海水的，这有直接的后果，”吉尔伯特说
“如果要制定珊瑚礁补救战略，它们不应侧重于应对海洋酸化，而应侧重于应对海洋变暖
为了拯救珊瑚礁，我们应该降低温度，而不是增加水的酸碱度
"
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