Новый путь диатомового опосредованного кальцификации и его влияние на биологический насос

Исследовательская группа обнаружила, что фотосинтез диатомовой водоросли Skeletonema costatum может вызывать значительное осаждение арагонита из искусственной/естественной морской воды при значительно более низких уровнях пересыщения, чем требуется для осаждения неорганического CaCO₃.

В ходе роста S. costatum наблюдалось значительное снижение общей щелочности (ТА) и концентрации [Ca²⁺] в среде. Осажденные белые частицы были идентифицированы как кристаллы арагонита с помощью рентгеноструктурного анализа. Снимки сканирующего электронного микроскопа показали, что клетки диатомей были окружены сферическими кристаллами диаметром от 40 до 70 мкм, образуя агрегаты водорослей и арагонита. Этот процесс внеклеточной кальцификации в основном обусловлен комбинированным эффектом повышения концентрации CO₃^2- и адсорбции/агрегации ионов Ca²⁺ во время фотосинтеза. Также было зафиксировано отклонение ТА от консервативного смешения во время цветения S. costatum в Восточно-Китайском море, что подтверждает возможность существования этого нового пути в океане.

Это открытие имеет глубокие последствия для понимания цикла углерода в океане. Диатомовые водоросли — ключевые первичные продуценты и переносчики органического углерода. Новый путь внеклеточной кальцификации может установить связь между неорганическим и органическим углеродными насосами. С одной стороны, выделение CO₂ при кальцификации считается «противодействием карбонатному насосу». Однако в данном процессе, благодаря поддержанию высокого pH, выделенный CO₂ может повторно поглощаться водорослями, а не попадать в атмосферу. С другой стороны, образование агрегатов диатомей и арагонита усиливает эффективность погружения органического углерода, увеличивая мощность биологического насоса.

Исследование, опубликованное в журнале Science Bulletin, меняет представления о круговороте углерода в морских экосистемах и открывает новые перспективы для исследований. Работу возглавила доцент Ивэнь Пань из Океанологического колледжа Чжэцзянского университета.