Koralowce budują masywne szkielety z węglanu wapnia. Zdolność ta powoduje, że zwierzęta te tworzą największe struktury biologiczne na Ziemi – rafy. Zespół naukowców kierowany przez prof. Jarosława Stolarskiego z Instytutu Paleobiologii PAN odkrył, że pewien gatunek współczesnego koralowca z Oceanu Południowego ma bardzo nietypową budowę szkieletu. Szkielet ten bowiem zbudowany jest z dwóch różnych odmian węglanu wapnia: nie tylko typowego dla koralowców aragonitu, ale i nieznanego u współczesnych koralowców kalcytu. Wyniki badań ukazały się w PNAS https://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2013316117.

Głębokowodny osobniczy koralowiec Paraconotrochus antarticus (z prawej) tworzy szkielet zbudowany z dwóch odmian węglanu wapnia: kalcytu i aragonitu (zaznaczone różnymi barwami na przekroju szkieletu). Wszystkie inne dzisiejsze koralowce mają szkielety aragonitowe, i aby zrozumieć tę odmienność należy sięgnąć do głębokich korzeni ewolucyjnych tego koralowca.  [Ilustracja: Jarosław Stolarski]

Prof. Stolarski w rozmowie z PAP tłumaczy, że węglan wapnia to jednej z najbardziej rozpowszechnionych związków chemicznych na Ziemi: to główny składnik skały wapiennych, nacieków jaskiniowych, oraz szkieletów większości zwierząt bezkręgowych – muszli ślimaków czy małży, itp. Występuje w postaci wielu form mineralnych z których najbardziej rozpowszechnione to aragonit i kalcyt. Przy obecnym składzie mórz i oceanów aragonit, a nie kalcyt jest tą odmianą węglanu wapnia, która wytrąca się naturalnie. Z tego też względu część naukowców sądziła, że koralowce, które tworzą szkielet z aragonitu, tylko w minimalnym stopniu regulują proces jego tworzenia. Po prostu tworzą szkielet z tej odmiany węglanu wapnia, którą najprościej wytrącić jest w środowisku.

Głębokowodny osobniczy koralowiec Paraconotrochus antarticus (z prawej) tworzy szkielet zbudowany z dwóch odmian węglanu wapnia: kalcytu i aragonitu (zaznaczone różnymi barwami na przekroju szkieletu).  [Ilustracja: Jarosław Stolarski]

Warunki w oceanach jednak się zmieniają – rośnie ich zakwaszenie związane z rozpuszczaniem się dwutlenku węgla w wodzie (i tworzeniem kwasu węglowego). A w związku z tym coraz bardziej realna stawała się groźba, że szkielety koralowców na masową skalę zaczną się rozpuszczać.

Inaczej sytuacja przedstawia się w przypadku bardziej złożonych organizmów takich jak mięczaki. Co prawda one również tworzą szkielet z węglanu wapnia, to jednak bardzo precyzyjnie regulują jego powstawanie. I tak na przykład ostrygi tworzą muszle z dwóch odmian węglanu wapnia: kalcytu (zewnętrzna warstwa muszli) i aragonitu (wewnętrzna warstwa muszli, składnik masy perłowej). Oznacza to, że głównie od fizjologii, a nie warunków środowiska zależy, z jakiego minerału organizmy te tworzą szkielet. Można zatem wysnuć wniosek, że w pogarszających się warunkach środowiska organizmy potrafiące aktywnie regulować mineralizację szkieletu, będą potrafiły skuteczniej oprzeć się zakwaszaniu oceanów, np. zmieniając skład szkieletu na bardziej odporny na rozpuszczanie. Wydawało się, że mięczaki będą większymi „twardzielami” niż koralowce.

Głębokowodny osobniczy koralowiec Paraconotrochus antarticus tworzy szkielet zbudowany z dwóch odmian węglanu wapnia – kalcytu i aragonitu. Minerały te z uwagi na różną gęstość da się zobrazować w tomografie komputerowym (po prawej na niebiesko znaczony wewnętrzny, kalcytowy składnik szkieletu). [Ilustracja: Katarzyna Janiszewska, Jarosław Stolarski]

Paleontolodzy od kilkunastu lat wiedzieli o przypadku, który stanowił lukę w tym rozumowaniu. Znany był koralowiec sprzed ok. 100 milionów lat, który inaczej niż wszystkie inne koralowce budował szkielet nie z aragonitu, ale z drugiej odmiany krystalicznej węglanu wapnia – kalcytu. Ten gatunek kopalny opisali w „Science” w 2007 r. Polacy pod kierunkiem prof. Jarosława Stolarskiego. Teraz zaś ten sam zespół naukowców dokonał kolejnego odkrycia.

Osobniczy koralowiec Paraconotrochus antarticus, który tworzy wyjątkowy szkielet zbudowany z dwóch odmian węglanu wapnia – kalcytu i aragonitu – powszechnie występuje w głębokich wodach Oceanu Południowego.  [Ilustracja: Jarosław Stolarski, Katarzyna Janiszewska]

„Zastanowiło mnie podobieństwo jednego z gatunków koralowca z Oceanu Południowego do tego nietypowego gatunku kopalnego, który opisaliśmy kilkanaście lat temu” – mówi naukowiec. Intuicja go nie zawiodła. Choć okazało się, że zewnętrzna część szkieletu tego współczesnego koralowca była zbudowana z typowego aragonitu, to już wnętrze szkieletu tworzył kalcyt. Koralowiec ten jest zatem w stanie wytwarzać różne minerały w tym samym czasie. A to już przecież zaawansowana umiejętność. Co więcej okazało, że koralowiec reprezentuje pod względem genetycznym bardzo stary ród koralowców który wyodrębnił się co najmniej 100 milionów lat temu, prawdopodobnie ten sam, z którego wywodzi się opisany wcześniej koralowiec kalcytowy.

„Teraz już wiemy, że nie jest tak, że koralowce tylko biernie wytrącają węglan wapnia z wody morskiej. One ten proces niezwykle precyzyjnie kontrolują” – zaznacza badacz. A stąd wniosek, że koralowce są organizmami bardziej złożonymi, niż się dotąd wydawało.

Głębokowodny osobniczy koralowiec Paraconotrochus antarticus tworzy szkielet zbudowany z dwóch odmian węglanu wapnia – kalcytu i aragonitu. Minerały te z uwagi na różną gęstość da się zobrazować w tomografie komputerowym (po prawej na niebiesko znaczony wewnętrzny, kalcytowy składnik szkieletu). Cienka płytka szkieletu w mikroskopie polaryzacyjnym mieni się wszystkimi barwami tęczy, ale widoczna jest też granica między środkową częścią kalcytową i zewnętrzną aragonitową.  [Ilustracja: Jarosław Stolarski, Katarzyna Janiszewska]

„Dzięki tym badaniom możemy częściowo przewidywać przyszłość. Jeśli środowisko na tyle się zmieni, że aragonit nie będzie już tak łatwy do wytworzenia – np. w wyniku zakwaszenia, które teraz obserwujemy – to choć wiele koralowców z pewnością wymrze, niektóre dalej będą w nowych warunkach zdolne, aby go aktywnie wytwarzać. Jest więc szansa, że wraz z globalnym ociepleniem nie wszystkie koralowce bezpowrotnie znikną – część z nich zapewne dostosuje się do „nowych” warunków środowiska, które z perspektywy geologicznej sięgającej milionów lat nie są taką nowością” – tłumaczy naukowiec.

PAP – Nauka w Polsce, Ludwika Tomala