Korallskelett är byggstenarna i olika korallrevs ekosystem, vilket har lett till en ökad oro över hur dessa nyckelarter kommer att klara uppvärmning och försurande hav som hotar deras stabilitet.

Ny forskning från Pupa Gilbert, en professor i fysik vid University of Wisconsin-Madison, ger bevis för att minst en art av koraller, Stylophora pistillata, och möjligen andra, bygga sina hårda, kalciumkarbonat skelett snabbare, och i större bitar, än man tidigare trott. Istället för att långsamt lägga till material molekyl för molekyl, koralldjuret konstruerar aktivt stora bitar av mineraler som det lägger till sitt växande skelett, hjälpa den att växa mycket snabbare än den annars skulle kunna, och med större kontroll.

Den nya forskningen tyder på att eftersom mineralerna först bildas inuti korallvävnaden, de kan fortsätta att göra det även i försurande hav. Om andra korallarter bygger sina skelett på liknande sätt, då skulle haven kunna undvika en storskalig kris i korallskelettbildningen som forskare har oroat skulle reda ut revekosystemen. Andra påfrestningar, som varmare vatten och korallblekning, fortfarande utsätta koraller i fara, dock.

Verket publiceras denna vecka (28 augusti, 2017) i Proceedings of the National Academy of Sciences . Samarbetspartners från University of Haifa och Lawrence Berkeley National Laboratory bidrog till forskningen.

"Korallreven täcker bara en procent av havsbotten, men de är värd för 25 procent av alla marina arter, så de är otroligt olika och viktiga ur en biologisk synvinkel, " säger Gilbert. "Men de är också ekonomiskt viktiga för fiskeindustrin, turism, och på grund av deras roll i att ge kustlinjer skydd mot tropiska stormar."

Koraller är kolonier av små, tentaklerade djur som omsluter sig i benstrukturer gjorda av mineralet kalciumkarbonat, samma material som utgör skalen på andra havsdjur. Deras roll i att skapa livsmiljöer för olika ekosystem har uppmärksammat koraller och hur de bygger sina steniga skelett.

Trots årtionden av forskning, forskare hade inte på ett tillförlitligt sätt kunnat skilja mellan två konkurrerande teorier om koralltillväxt. Den klassiska idén var att koraller till stor del förlitade sig på en kalciumrik vätska långsamt - en molekyl i taget - för att lägga till mineraler till skelettet. Andra bevis pekade på en mycket mer aktiv roll för de mjuka djuren som tar in havsvatten, koncentrera det, men lägger ändå till en molekyl i taget till sina skelett.

Gilbert utvecklade ett nytt sätt att avbilda de växande delarna av korallskelett för att se vad de bildade strukturerna var gjorda av, som hon kallar komponentmappning. Att använda högenergiljus från Advanced Light Source vid Berkeley Lab för att särskilja olika mineraler, Gilberts team skapade en pixel-för-pixel-karta för att skapa en bild av de växande skeletten av Stylophora pistillata, även känd som huvkorall. De såg partiklar som består av instabila, amorfa former av kalciumkarbonat vid och nära korallskelettens växande ytor.

Några av partiklarna var jämförelsevis stora 400 miljarddels meter i diameter, som är mer än 500 gånger större än en enda kalciumkarbonatgrupp. Forskarna observerade också bevis för att de instabila prekursorerna så småningom kristalliserade till aragonit, den stabila formen av kalciumkarbonat som utgör mogna korallskelett.

"Detta är samma prekursorer som ses i biomineraler från sjöborre och abalone, som är olika organismer från helt olika grenar i livets träd, så det faktum att de använde exakt samma mekanism för att bilda sina skelett är verkligen förvånande, Gilbert förklarar.

I deras nya modell av korallskeletttillväxt, Gilbert och hennes kollegor föreslår att koraller samlar havsvatten i sina vävnader, lägga till material, och organisera dem i stora partiklar av amorft kalciumkarbonat. Först då transporterar djuren dessa partiklar och fäster dem på sina växande skelett, där de långsamt omvandlas till den stabila aragoniten. Detta tillväxtmönster är mer än 100 gånger snabbare än molekyl-för-molekyl-tillväxt, vilket är i linje med tidigare mätningar av hur snabbt koraller växer.

Eftersom denna nya forskning indikerar en aktiv roll för koraller i att utveckla sina skelett, det tyder på att de inte är helt utlämnade till havets kemiska sammansättning. Medan sura förhållanden är kända för att lösa upp kalciumkarbonat, metoden för skelettkonstruktion som Gilbert observerade i denna studie borde vara mycket mer stabil inför försurande hav. Även om ökande nivåer av atmosfärisk koldioxid försurar haven, det nya arbetet tyder på att koraller skulle kunna motstå denna stress.

"Om detta bildningssätt verifieras hos andra korallarter, då kan det vara en mer allmän mekanism, och det skulle göra det möjligt för oss att förutsäga att koraller faktiskt kommer att bildas lika bra i försurande hav, säger Gilbert.