Dengiz biogen kalsifikatsiyasi - Marine biogenic calcification

Dengiz biogen kalsifikatsiyasi istiridye va istiridye kabi dengiz organizmlarining paydo bo'lish jarayonidir kaltsiy karbonat.[1] Dengiz suvi organizmlar energiya uchun ishlatadigan va kalsifikatsiya qilingan taqdirda qobiqlar va tashqi tuzilmalarni qurishi mumkin bo'lgan erigan birikmalar, ionlar va ozuqalarga to'la. Okeandagi kalsifikatsiya qiluvchi organizmlarga quyidagilar kiradi mollyuskalar, foraminifera, koksolitoforalar, qisqichbaqasimonlar, echinodermalar kabi dengiz kirpi va mercanlar. Kalsifikatsiyadan hosil bo'lgan chig'anoqlar va skeletlari muhim funktsiyalarga ega fiziologiya va ekologiya ularni yaratadigan organizmlarning.

Kimyoviy jarayon

Okean eng katta cho'kish yoki atmosfera ombori karbonat angidrid (CO2), doimiy ravishda qabul qilish uglerod havodan.[2] Ushbu CO2 keyin eritiladi va suv bilan reaksiyaga kirib hosil bo'ladi karbonat kislota, hosil qilish uchun qo'shimcha reaksiya karbonat (CO32−), bikarbonat (HCO3−) va vodorod (H+) ionlari. Dengiz suvining to'yinganlik holati bu ionlar bilan suvning qanchalik to'yingan (yoki to'yinmagan) ekanligini anglatadi va bu organizm kalsifikatsiyalanadimi yoki allaqachon kalsifikatsiyalangan kristallarning eriydi-yo'qligini belgilaydi.[3] Kaltsiy karbonat (CaCO) uchun to'yinganlik holati3) tenglama yordamida aniqlanishi mumkin:

B = ([Ca2+] [CO32−]) / Ksp

Bu erda numerator kaltsiy ionlarining karbonat ionlariga konsentratsiyasini va maxraj K ni belgilaydisp ga ishora qiladi stexiometrik eruvchanlik mahsuloti kaltsiy karbonatning mineral (qattiq) fazasi uchun.[2] To'yinganlik darajasi yuqori bo'lsa, organizmlar dengiz suvidan kaltsiy va karbonat ionlarini chiqarib, kaltsiy karbonatining qattiq kristallarini hosil qilishi mumkin.

Ca2+(aq) + 2HCO3−(aq) → CaCO3 (lar) + CO2 + H2O

Eng keng tarqalgan uchta kaltsiy karbonat minerallari aragonit, kaltsit va vaterit.[1] Garchi bu minerallar bir xil kimyoviy formulaga ega bo'lsa (CaCO)3), ular ko'rib chiqiladi polimorflar chunki molekulalarni tashkil etuvchi atomlar turli xil konfiguratsiyalarda to'plangan. Masalan, aragonit minerallarida an ortorombik kristal panjara tuzilishi, kalsit kristallari esa a trigonal tuzilishi.[4]

Kaltsiy karbonatining global ishlab chiqarilishi yiliga 0,64 dan 2 gigaton uglerodgacha (Gt C / yr) teng bo'lishi mumkin.[2] Taniqli kalsifikatsiya qiluvchi guruh bo'lsa, mollyuskalar, karbonat va kaltsiy ionlari bo'lgan dengiz suvi organizm to'qimalari orqali qobiqlari yonidagi kalsifikatsiya joylariga tarqaladi. Bu erda ionlar birlashib, qobig'ida kaltsiy karbonat kristallarini hosil qiladi.[5] Shu bilan birga, mollyuskalar kalsifikatsiya qiluvchi organizmlarning faqat bitta guruhidir va har bir guruhda kaltsiy karbonat hosil bo'lishining turli xil usullari mavjud.

Dengiz organizmlarida biogen kalsifikatsiyaning ikkita asosiy turi mavjud. Hujayra ichidagi biologik induktsiya mineralizatsiyasi organizmning tashqi qismida kaltsiy karbonatning cho'kishini o'z ichiga oladi. Aksincha, hujayra ichidagi minerallashuv jarayonida kaltsiy karbonat organizm ichida hosil bo'ladi va u organizm ichida skelet yoki ichki tuzilishda saqlanishi mumkin yoki keyinchalik organizmning tashqi tomoniga ko'chiriladi, lekin hujayra membranasi qoplamasini saqlaydi.[3]

Mollyuskalar va mercanlar hujayralardan tashqaridagi strategiyadan foydalanadilar, bu ionlashish hujayradan tashqariga chiqadigan yoki hujayraga quyiladigan kalsifikatsiyaning asosiy shakli hisoblanadi. pufakcha hujayra ichida, so'ngra kaltsiy karbonat o'z ichiga olgan vazikula organizmning tashqi qismiga ajraladi.[3] Biroq, engib o'tish uchun to'siqlar mavjud. Kalsifikatsiya qilish uchun to'yinganlik darajasi etarlicha yuqori bo'lishi kerak va organizm atrofdagi hududdagi vodorod ioni konsentratsiyasini boshqarishi kerak. Vodorod qobiq hosil bo'lishiga xalaqit beradi, chunki u karbonat ionlari bilan bog'lanishi mumkin. Bu qobiq qurish uchun organizm uchun mavjud bo'lgan karbonat miqdorini kamaytiradi. Ushbu ta'sirga qarshi turish uchun organizm vodorodni pompalay oladi va shu bilan kalsifikatsiya uchun bo'sh karbonat ionlari miqdorini ko'paytiradi.[1]

Dengiz kaltsiylashtiruvchi organizmlar

Marjonlar

Marjonlar - bu kalsifikatsiya qiluvchi organizmlarning aniq guruhi, bu tropik okeanlar, suv osti sho'ng'inlari va, albatta, Avstraliya qirg'og'idagi Buyuk to'siq rifi haqida o'ylashganda osonlikcha yodga tushadigan guruhdir. Biroq, ushbu guruh faqat kaltsiy karbonat ishlab chiqarishning dunyo miqyosida taxminan 10% ni tashkil qiladi.[2] Marjonlar hujayradan tashqari kalsifikatsiyaga uchraydi va dastlab organik matritsa va skelet hosil qiladi, uning ustiga ular kalsit tuzilishini hosil qiladi.[3] Marjon riflari kaltsiy va karbonatni suvdan olib, quyidagi kimyoviy reaksiya natijasida kaltsiy karbonat hosil qiladi:[6]

2HCO3 + Ca2+ → CaCO3 + CO2 + H2O

Eritilgan anorganik uglerod Dengiz suvidan (DIC) so'riladi va marjon skeletiga o'tkaziladi. Keyin anion almashinuvchisi kalsifikatsiya qilingan joyda DICni chiqarish uchun ishlatiladi.[7] Ushbu DIC hovuzidan suv o'tlari simbionlari ham foydalanadilar (dinoflagellatlar ) marjon to'qimalarida yashovchi. Ushbu suv o'tlari fotosintez qiladi va ozuqa moddalarini ishlab chiqaradi, ularning bir qismi mercanga o'tadi. Marjon o'z navbatida suv o'tlari ozuqa moddasi sifatida qabul qilgan ammoniy chiqindilarini chiqaradi. Alg simbiontlari bo'lgan mercanlarda kaltsiy karbonat hosil bo'lishining ushbu simbiyotik aloqaga ega bo'lmagan mercanlarga qaraganda o'n barobar ko'payishi kuzatilgan.[6]

A. Qobig'i Patella piperataorqa, lateral (chap tomon), ventral, orqa va oldingi ko'rinishlardan ko'rilgan mollyuska.

Mollyuskalar

Yuqorida aytib o'tganimizdek, mollyuskalar taniqli kalsifikatsiya qiluvchi organizmlar guruhidir. Ushbu turli xil guruh shilimshiqlarni o'z ichiga oladi, muzqaymoq, istiridye, limpets, shilliq qurtlar, taroqlar, Midiya, mollyuskalar, ahtapot, Kalmar va boshqalar. Istiridye va midiya kabi organizmlar kalsifikatsiyalangan chig'anoqlarni hosil qilishi uchun ular karbonat va kaltsiy ionlarini o'zlarining chig'anoqlari yonidagi kalsifikatsiya joylariga olishlari kerak. Bu erda ular qobig'ining oqsil korpusini kaltsiy karbonat bilan mustahkamlaydilar.[5] Ushbu organizmlar vodorodni karbonat ionlari bilan bog'lanib qolmasligi va ularni kaltsiy karbonat sifatida kristallashtira olmasligi uchun ham chiqarib yuboradilar.[1]

Misr dengiz yulduzi, Exinodermaning keng tarqalgan namunasi.

Ekinodermalar

Filumning ekinodermalari Ekinodermata, dengiz yulduzlari, dengiz kirpiklari, qum dollarlari, krinoidlar, dengiz bodringlari va mo'rt yulduzlar. Organizmlarning ushbu guruhi ular uchun ma'lum radial simmetriya va ular asosan hujayralar ichidagi kalsifikatsiya strategiyasidan foydalanadilar va o'zlarining kalsifikatsiyalangan tuzilishini tanalarida saqlaydilar. Ular hujayra membranalari birikishidan katta pufakchalar hosil qiladi va bu pufakchalarning ichida kalsifikatsiyalangan kristallar hosil bo'ladi. Mineral hujayra membranalari parchalanib ketgandan keyingina atrof muhitga ta'sir qiladi va shu sababli skelet bo'lib xizmat qiladi.[3]

Echinoderm skeletlari an endoskelet bilan biriktirilgan epidermis. Ushbu tuzilmalar bir-biriga bog'lab turadigan kaltsiy karbonat plitalaridan yasalgan bo'lib, ular dengiz kirpiklari singari bir-biriga mahkam o'rnashishi yoki dengiz yulduzlari singari erkin bog'lanishi mumkin. The epidermis yoki kaltsiy karbonat plitalarini qoplaydigan teri skeletni qo'llab-quvvatlash va saqlash uchun ozuqa moddalarini qabul qilishi va ajratishi mumkin. Epidermis odatda organizmga rang berish uchun pigment hujayralarini ham o'z ichiga oladi, hayvon yuzasida mayda jonzotlarning harakatini aniqlay oladi, shuningdek, odatda suyuqlik yoki toksinlarni chiqaradigan bez hujayralarini o'z ichiga oladi.[8] Ushbu kaltsiy karbonat plitalari va skeletlari organizmning tuzilishini, qo'llab-quvvatlanishini va himoyasini ta'minlaydi.

Marmar suzish uchun Qisqichbaqa.

Qisqichbaqasimonlar

Qisqichbaqa yoki omar iste'mol qilgan har kim biladi, qisqichbaqasimonlar qattiq tashqi qobiqga ega Qisqichbaqasimon xitin-oqsil tolalari tarmog'ini hosil qiladi va keyinchalik bu tolalar matritsasida kaltsiy karbonat cho'kadi.[3] Ushbu xitin-oqsil tolalari dastlab sklerotizatsiya yoki oqsilning o'zaro bog'lanishi bilan qattiqlashadi polisakkaridlar va boshqa oqsillar bilan oqsillarni kalsifikatsiya jarayoni boshlanishidan oldin. Kaltsiy karbonat komponenti qobiqning 20 dan 50% gacha. Qattiq, kalsifikatsiyalangan ekzoskeletning mavjudligi shuni anglatadiki, qisqichbaqasimon ekzoskeletni tanasining kattalashishi bilan eritishi va to'kishi kerak. Bu kalsifikatsiya jarayonini mollash davrlari bilan bog'lab, kaltsiy va karbonat ionlarining doimiy manbasini hal qiluvchi ahamiyatga ega.[5] Qisqichbaqasimon - bu kalsifikatsiyalangan tuzilmalarni qayta tiklashga qodir bo'lgan va eski qobiqdagi minerallarni qayta so'rib oladigan va yangi qobiq tarkibiga kiradigan hayvonlarning yagona filomi. Qisqichbaqa tanasining turli qismlari turli xil mineral tarkibga ega bo'ladi, bu joylarda qattiqligi o'zgaradi, qiyin joylari umuman kuchliroq bo'ladi.[3] Ushbu kaltsit qobig'i qisqichbaqasimonlar uchun himoya qiladi va ular orasida mollash kaltsit qobig'ining paydo bo'lishini va qattiqlashishini kutib turganda, qisqichbaqasimon yirtqichlardan qochish kerak.

Diferensial interferentsiya kontrasti yordamida mikroskop orqali kuzatiladigan turli xil foraminiferalar.

Foraminifera

Foraminifera yoki foramalar - bu qobiq bilan bir hujayrali protistlar yoki o'zlarini himoya qilish uchun kaltsiy karbonat qobig'idan qilingan sinovlar. Ushbu organizmlar qobiqli organizmlarning eng ko'p tarqalgan guruhlaridan biri, ammo juda kichik, odatda diametri 0,05 dan 0,5 mm gacha.[9] Ammo ularning chig'anoqlari o'sishda to'planadigan kameralarga bo'linadi, ba'zi hollarda bu bitta hujayrali organizmlarning uzunligini deyarli 20 santimetrga etkazishga imkon beradi. Foraminiferal tasniflash qobiqning xususiyatlariga, masalan, kameraning shakli va joylashishi, sirt bezaklari, devor tarkibi va boshqa xususiyatlarga bog'liq.[10]

Coccolithus pelagicus, Shimoliy Atlantika okeanidan namuna olingan koksolitofor turi.

Kokkolitoforalar

Fitoplankton koksolitofor kabi kaltsiy karbonat ishlab chiqarish bilan ham mashhur. Taxminlarga ko'ra, bular fitoplankton global kaltsiy karbonat yog'inlariga 70% gacha hissa qo'shishi mumkin va koksolitoforlar fitoplanktonning eng katta hissasi hisoblanadi.[2] Umumiy birlamchi mahsuldorlikning 1 dan 10% gacha bo'lgan qismini tashkil etgan holda, okeanda 200 turdagi koksolitoforalar yashaydi va kerakli sharoitda ular subpolar mintaqalarda katta gullar hosil qilishi mumkin. Ushbu katta gullash shakllari kaltsiy karbonatining sirtdan chuqur okeanga eksporti uchun harakatlantiruvchi kuch bo'lib, ba'zida "Kokolit yomg'ir" deb nomlanadi. Koksolitoforlar dengiz tubiga cho'kkanida, ular suv ustunidagi vertikal karbonat angidrid gradyaniga hissa qo'shadilar.[11]

Koksolitoforalar koksitit deb ataladigan kalsit plitalarini hosil qiladi va ular koksosferani hosil qiluvchi butun hujayra sirtini qoplaydi.[2] Koksolitlar plitalar koksolit pufakchasida hosil bo'lgan hujayra ichidagi strategiya yordamida hosil bo'ladi, ammo pufakchada hosil bo'lgan mahsulot gaploid va diploid fazalar orasida o'zgarib turadi. Gaploid fazadagi koksolitofora holokokolit deb ataladi, diploid fazada esa heterokokolitlarni hosil qiladi. Holokokolitlar organik matritsada birlashtirilgan kichik kalsit kristallari, heterokokolitlar esa kattaroq, murakkab kalsit kristallari. Ular ko'pincha oldindan mavjud bo'lgan shablon ustida hosil bo'lib, har bir plastinka o'ziga xos tuzilishini beradi va murakkab dizaynlarni hosil qiladi.[3] Har bir koksolitofor - bu ekzoskelet koksosferasi bilan o'ralgan hujayra, ammo turli hujayralar orasida turli xil o'lchamlar, shakllar va me'morchilik mavjud.[11] Ushbu plitalarning afzalliklari orasida virus va bakteriyalar yuqtirishdan himoya qilish, shuningdek, yaylovdan himoya qilish mumkin zooplankton. Kaltsiy karbonat ekzoskeletasi koksolitofor qabul qilishi mumkin bo'lgan yorug'lik miqdorini oshiradi va fotosintez darajasini oshiradi. Va nihoyat, kokolitlar fitoplanktonni quyosh nurlaridan ultrabinafsha nurlari bilan fotodamajdan himoya qiladi.[11]

Koksolitoforalar Yerning geologik tarixida ham muhim ahamiyatga ega. Eng qadimgi koksolitofor qoldiqlari 209 million yildan oshiqroq tarixga ega bo'lib, ularning dastlabki mavjudligini so'nggi Trias davrida qayd etishgan. Ularning kaltsiy karbonat hosil bo'lishi dengiz karbonatining birinchi qatlami bo'lishi mumkin.[11]

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ a b v d GEOMAR - Helmholtz okean tadqiqotlari markazi Kiel. "Biogenik kalsifikatsiya - dengiz biogeokimyosi". www.geomar.de. Olingan 2017-10-24.
  2. ^ a b v d e f Zondervan, Ingrid; Zeb, Richard E.; Rost, Byorn; Ribesell, Ulf (2001-06-01). "Dengiz biogen kalsifikatsiyasining pasayishi: pCO2 atmosfera ko'tarilishi to'g'risida salbiy fikr" (PDF). Global biogeokimyoviy tsikllar. 15 (2): 507–516. doi:10.1029 / 2000gb001321. ISSN  1944-9224.
  3. ^ a b v d e f g h Plimut dengiz laboratoriyasi. "Kalsifikatsiya jarayoni va o'lchov texnikasi" (PDF).
  4. ^ Kleypas, Joan A. (2011). "Okean kislotasi, kalsifikatsiyaga ta'siri". Xoplida Dovud (tahr.) Zamonaviy marjon riflari entsiklopediyasi. Yer fanlari ensiklopediyasi turkumi. Springer Niderlandiya. 733-737 betlar. doi:10.1007/978-90-481-2639-2_118. ISBN  9789048126385.
  5. ^ a b v Luquet, Gilles (2012-03-20). "Biomineralizatsiya: qisqichbaqasimonlar haqidagi tushunchalar va istiqbollar". Hayvonot bog'i tugmachalari (176): 103–121. doi:10.3897 / zookeys.176.2318. ISSN  1313-2970. PMC  3335408. PMID  22536102.
  6. ^ a b Zandonella, C (2016-11-02). "Marjonlar suv o'tlari bilan uchrashganda: simfiotik munosabatlar trias davridan boshlab reefning omon qolishi uchun juda muhimdir". Princeton universiteti. Olingan 2017-10-24.
  7. ^ Furla, P .; Galgani, I .; Durand, I .; Allemand, D. (2000 yil noyabr). "Koral kalsifikatsiyasi va fotosintezi uchun noorganik uglerod tashish manbalari va mexanizmlari". Eksperimental biologiya jurnali. 203 (Pt 22): 3445-3457. ISSN  0022-0949. PMID  11044383.
  8. ^ Hyman, L. H. (1955). Umurtqasizlar. IV jild: Exinodermata. Nyu-York: McGraw-Hill.
  9. ^ Piana, M. E. "Foraminifera Shell izotopi tahlili". www.seas.harvard.edu. Olingan 2017-10-24.
  10. ^ Vetmor, K (1995-08-14). "Foraminiferaga kirish".
  11. ^ a b v d Monteiro, Fanni M.; Bax, Lennart T.; Braunli, Kolin; Bown, Pol; Rikabi, Rosalind E. M.; Pulton, Aleks J.; Tirrel, Tobi; Bofort, Lyuk; Dutkievich, Stefani (2016-07-01). "Nima uchun dengiz fitoplanktoni kalsifikatsiya qiladi". Ilmiy yutuqlar. 2 (7): e1501822. doi:10.1126 / sciadv.1501822. ISSN  2375-2548. PMC  4956192. PMID  27453937.