Korallrev är levande samhällen som rymmer en fjärdedel av alla arter i havet och är indirekt avgörande för resten av överlevnaden. Men de dör långsamt - vissa uppskattningar säger att 30 till 50 procent av reven har gått förlorade - på grund av klimatförändringar.

I en ny studie, University of Wisconsin-Madison fysiker observerade revbildande koraller på nanoskala och identifierade hur de skapar sina skelett. Resultaten ger en förklaring till hur koraller är resistenta mot försurande hav orsakade av stigande koldioxidnivåer och tyder på att kontroll av vattentemperaturen, inte surhet, är avgörande för att mildra förlust och återställa rev.

"Korallrev är för närvarande hotade av klimatförändringar. Det är inte i framtiden, det är i nuet, " säger Pupa Gilbert, en fysikprofessor vid UW-Madison och seniorförfattare till studien. "Hur koraller deponerar sina skelett är fundamentalt viktigt för att bedöma och hjälpa deras överlevnad."

Revbildande koraller är marina djur som producerar ett hårt skelett som består av aragonit, en form av mineralet kalciumkarbonat. Men hur skeletten växer har förblivit oklart. En modell tyder på att lösta kalcium- och karbonatjoner i korallernas förkalkningsvätska fäster en i taget i den kristallina aragoniten i det växande skelettet. En annan modell, föreslog av Gilbert och kollegor 2017 och baserat på en studie av en art av koraller, föreslår istället att olösta nanopartiklar fäster och sedan långsamt kristalliseras.

I den första delen av en ny studie, publicerad 9 november i Proceedings of the National Academy of Sciences , Gilbert och hennes forskargrupp använde en spektromikroskopiteknik som kallas PEEM för att undersöka de växande skeletten av fem nyskördade koraller, inklusive representanter för alla fyra möjliga revbildande korallformer:förgrening, massiv, inkorsande, och bord. PEEM -kemiska kartor över kalciumspektra tillät forskarna att bestämma organisationen av olika former av kalciumkarbonat i nanoskala.

PEEM-resultat visade att amorfa nanopartiklar fanns i korallvävnaden, vid växtytan, och i området mellan vävnaden och skelettet, men aldrig i själva det mogna skelettet, stödjer modellen för nanopartikelfästning. Dock, de visade också att även om tillväxtkanten inte är tätt packad med kalciumkarbonat, det mogna skelettet är ett resultat som inte stöder modellen för nanopartikelfästning.

"Om du föreställer dig ett gäng sfärer, du kan aldrig fylla utrymmet helt; det finns alltid utrymme mellan sfärer, "Säger Gilbert." Så det var den första indikationen på att nanopartikelfästning kanske inte är den enda metoden. "

Forskarna använde sedan en teknik som mäter den exponerade inre ytan av porösa material. Stora geologiska kristaller av aragonit eller kalcit - bildade av något som inte lever - visar sig ha cirka 100 gånger mindre yta än samma mängd material som består av nanopartiklar. När de tillämpade denna metod på koraller, deras skelett gav nästan samma värde som stora kristaller, inte nanopartikelmaterial.

"Koraller fyller utrymmet lika mycket som en enda kristall av kalcit eller aragonit. Alltså, både jonfästning och partikelfästning måste ske, Gilbert säger. "De två separata lägren som förespråkar partiklar kontra joner har faktiskt båda rätt."

Denna nya förståelse av korallskelettbildning kan bara vara meningsfull om en sak till är sann:att havsvatten inte är i direkt kontakt med det växande skelettet, som vanligt antagits. Faktiskt, nyligen genomförda studier av korallens förkalkningsvätska fann att den innehåller något högre koncentrationer av kalcium och tre gånger mer bikarbonatjoner än havsvatten, stödjer tanken att det växande skelettet verkligen är isolerat från havsvatten.

Istället, forskarna föreslår en modell där korallerna pumpar kalcium- och karbonatjoner från havsvatten genom korallvävnad, som koncentrerar dessa mineraler nära skelettet. Viktigt, denna kontroll tillåter koraller att reglera sina inre jonkoncentrationer, även när haven försuras på grund av stigande koldioxidnivåer.

"Fram till detta arbete, folk hade antagit att det fanns kontakt mellan havsvatten och det växande skelettet. Vi visade att skelettet är helt separat från havsvatten, och detta får omedelbara konsekvenser, " säger Gilbert. "Om det ska finnas strategier för sanering av korallrev, de bör inte fokusera på att motverka havsförsurning, de bör fokusera på att motverka havsuppvärmningen. För att rädda korallreven bör vi sänka temperaturen, inte öka vatten -pH. "