Koccolitoforok

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. január 26-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzésekhez 10 szerkesztés szükséges .
Koccolitoforok

Gephyrocapsa oceanica
tudományos osztályozás
Tartomány:eukariótákKincs:HaptistaTípusú:Haptofita algákOsztály:PrymnesiophyceaeRendelés:CoccosphaeralesCsalád:Koccolitoforok
Nemzetközi tudományos név
Coccolithaceae Poche , 1913

A coccolithophores ( más görög szóból: κόκκος 'mag', λίθος 'kő', φορέω 'hordom') az egysejtű plankton haptofita algák csoportja, amelyek meszes lemezeket képeznek a coccolith felszínén . A kokkolitoforok a nanoplankton jelentős részét (akár 98%-át) teszik ki , és a fenéküledékek részét képező meszes vázukat gyakran használják a kőzetek korának meghatározására. Fontos szerepet játszanak az óceánok biogeokémiájában , [1] vízvirágzást okoznak a sarki szélességeken (különösen a Barents-tengeren ) és a Fekete-tengeren [2] . A kokkolitoforok a világóceán fő mészkőtermelő élőlényei közé tartoznak, a foraminiferákkal együtt . Ezek az algák részt vesznek az óceán és a légkör közötti széncserében, és fontos láncszemei ​​a szervetlen szénnek a légkörből való felszívódásának.

Szerkezet

A kokkolitoforidok 5-100 mikrométer átmérőjű gömb alakú sejt, amelyet 2-25 mikrométer átmérőjű meszes lemezek vesznek körül, amelyeket coccolithoknak neveznek. Minden sejt két kloroplasztot tartalmaz a mag körül . [3]

Exoskeleton (coccosphere)

Minden sejtet egy exoskeleton borít, amely coccolith rétegből áll. [4] A sejten belül jönnek létre, és míg egyes fajok egyetlen réteget megtartanak egész életük során, és csak a sejt növekedésével hoznak létre új coccolitokat, mások folyamatosan termelnek és ontják a kokkolitokat.

Összetétel

A coccolithok fő összetevője a kalcium-karbonát . Átlátszó, így az élőlények fotoszintetikus tevékenysége nem zavart. [5]

Formáció

A coccolithok a coccolithogenesis nevű biomineralizációs folyamat során jönnek létre . [3] A coccoliths meszesedése jellemzően fény jelenlétében történik. Bár még nem teljesen ismert, a biomineralizáció folyamatát szigorúan szabályozza a kalcium jelátvitel . A kalcit képződése a Golgi komplexnél kezdődik , ahol a fehérjék elindítják a CaCO 3 kristályok képződését , és a komplex savas poliszacharidok szabályozzák e kristályok alakját és növekedését. [6] Amint az egyes pikkelyeket előállítják, azokat a Golgi-készülék hólyagjába exportálják, és hozzáadják a kókuszféra belső felületéhez . Az életciklus szakaszától függően két különböző típusú coccolith alakulhat ki. A holococcolithok csak a haploid fázisban alakulnak ki, hiányzik a radiális szimmetria, és több száz vagy több ezer apró (körülbelül 0,1 µm) rombos kalcitkristályból állnak. Úgy gondolják, hogy ezek a kristályok részben a sejten kívül keletkeznek. A heterococcolithok csak a diploid fázisban fordulnak elő, radiális szimmetriával rendelkeznek, és viszonylag kis számú (100-nál kevesebb) összetett kristályos részecskéből állnak. A kokkolitoforok életciklusának átmeneti stádiumában lévő sejtekben holococcolitokat és heterokokolitokat egyaránt tartalmazó kombinált kokoszférák figyelhetők meg. Egyes fajok kókuszféráját a speciális coccolitokból álló különféle folyamatok erősen módosítják. [7]

Funkció

Míg a coccosphere pontos funkciója nem tisztázott, számos valószínű funkciót javasoltak. A legnyilvánvalóbb, hogy a coccolithok védik a sejtet a ragadozóktól. Ezenkívül a coccolithok stabil pH -értéket tartanak fenn . A fotoszintézis során a vízből eltávolítják a szén-dioxidot , így lúgosabbá válik. A meszesedés a szén-dioxidot is eltávolítja, de az ezt követő kémiai reakciók hatására a környezet savasabbá válik. Így a fotoszintézis és a meszesedés kombinációja kiegyenlíti egymást a pH-változások tekintetében. [8] Ezenkívül az exoskeleton előnyt jelent az energiatermelésben, mivel a coccolithogenesis szorosan összefügg a fotoszintézissel. A kalcium-karbonát hidrogén-karbonát oldatból történő szerves kicsapása közvetlenül az alga sejttestében szabad szén-dioxidot termel, és ez a további gázforrás a sejt rendelkezésére áll a fotoszintézishez. Feltételezhető, hogy az exoskeleton gátként szolgál, mint egy sejtfal, hogy elszigetelje a sejt belső környezetét. [9] Az exoskeleton specifikusabb védelmi funkciói közé tartozhat az ozmotikus nyomás változásai, a kémiai vagy mechanikai sérülések, valamint a rövid hullámhosszú fény elleni védelem. Azt is felvetették, hogy a coccolithok több rétegének súlya lehetővé teszi, hogy a sejt alacsonyabb, tápanyagban gazdagabb vízrétegekbe süllyedjen, és fordítva, a coccolithok felhajtóerőt adnak, megakadályozva a sejt veszélyes mélységbe süllyedését.

Sejt anatómia

Minden coccosphere egyetlen sejtet tartalmaz membránhoz kötött organellákkal . Két nagy barna pigmentált kloroplaszt található a sejt két oldalán, és körülveszik a sejtmagot , a mitokondriumokat , a Golgi-készüléket , az endoplazmatikus retikulumot és más organellumokat. Minden sejtnek két flagelláris szerkezete is van, amelyek nemcsak a mozgást szolgálják, hanem részt vesznek a mitózisban és a citoszkeleton kialakulásában . [10] Egyes fajoknál funkcionális vagy kezdetleges haptonema is előfordul. [11] Ez a protistákra jellemző kinövés külső ingerekre reagálva feltekercselődik és feloldódik. Bár rosszul értik, a haptonema úgy gondolják, hogy szerepet játszik a zsákmány befogásában. [tíz]

Jelentősége a globális klímaváltozásban

Hatások a szénciklusra

A kokkolitoforok hosszú és rövid távú hatással vannak a szénciklusra. A coccolithokból exoskeleton létrehozásához az oldott szén és kalcium felszívódása szükséges. Kalcium-karbonát és szén-dioxid keletkezik kalciumból és bikarbonátból a következő kémiai reakcióval:

Ca 2+ + 2HCO 3 − ⇌ CaCO 3 + CO 2 + H 2 O. [12]

Mivel a kokkolitoforidok fotoszintetikus organizmusok, képesek a meszesedési reakcióban felszabaduló CO 2 egy részét fotoszintézisre felhasználni. [13]

A kalcium-karbonát képződése azonban az óceán felszíni lúgosságának csökkenéséhez vezet, és ilyen körülmények között a CO 2 visszakerül a légkörbe. [14] A kutatók azt állítják, hogy a gyakori kokkolitoforid virágzás rövid távon hozzájárulhat a globális felmelegedéshez. [15] Egy szélesebb körben elfogadott elképzelés az, hogy hosszú távon a kokkolitoforok hozzájárulnak a légkör CO 2 -koncentrációjának általános csökkenéséhez. A meszesedés során két szénatom abszorbeálódik, és az egyik a kalcium-karbonát része. Ez a kalcium-karbonát coccolitként lesüllyed az óceán fenekére, és az üledékes kőzetek részévé válik. Így a kokkolitoforok elnyelik a kibocsátott szén egy részét, csökkentve az üvegházhatású gázok mennyiségét a légkörben. [tizenöt]

Evolúciós válaszok az óceánok savasodására

Tanulmányok azt is mutatják, hogy a megnövekedett légköri CO2-koncentráció következtében az óceánok savasodása hatással lehet a kokkolitoforid meszesedésének mechanizmusára . Ez nemcsak a népességnövekedést vagy a coccolith-termelést érintheti, hanem evolúciós alkalmazkodást is okozhat hosszabb időn keresztül. Például a coccolitoforidok H+ ioncsatornákat használnak a H+ ionok sejtből történő kiszivattyúzására a kokkolit termelése során. Ez lehetővé teszi számukra, hogy elkerüljék az acidózist , különben a coccolithok termelődése a H+-ionok toxikus feleslegéhez vezetne. Ha ezen ioncsatornák működése károsodik, a kokkolitoforok leállítják a meszesedési folyamatot, hogy elkerüljék az acidózist. Az óceán alacsony lúgossága rontja az ioncsatorna működését, és a kokkolitoforokat sebezhetővé teszi az óceán savasodásával szemben. [16] 2008-ban a kokkolitoforokat tartalmazó, újonnan képződött óceáni üledékek meszesedésének növekedését jelző helyszíni adatok alátámasztották az első kísérleti bizonyítékot arra vonatkozóan, hogy az óceán CO 2 koncentrációjának növekedése ezen organizmusok meszesedésének növekedéséhez vezet. A coccolithok tömegének csökkenése a CO 2 koncentrációjának növekedésével és a CO 3 2– koncentrációjának csökkenésével is összefügg a Világóceánban. Néhány faj, például a Calcidiscus leptoporus azonban nem érintett, míg a leggyakoribb coccolithophorid faj, az E. huxleyi érintett lehet (a vizsgálatok vegyesek). [17] [18] Ezenkívül alacsony CaCO 3 telítettség mellett, az előrejelzésekkel ellentétben erősen meszesedett kokkolitoforokat találtak. Az óceánok elsavasodásának a kokkolitoforid fajokra gyakorolt ​​hatásának megértése elengedhetetlen az óceánok jövőbeli kémiájának, különösen annak szénösszetételének előrejelzéséhez.

Befolyás a fosszilis feljegyzésekre

Különösen érdekesek a paleocén-eocén termikus maximumból származó kövületek . Úgy gondolják, hogy 55 millió évvel ezelőtt az óceán CO2-szintje volt a leginkább összhangban a jelenlegi szintekkel. [19]

Irodalom

  • Földtani szótár, M.: Nedra, 1978
  • Botanika: 4 kötetben T. 2: Algák és gombák, Belyakova G. A., Dyakov Yu. T. et al., Academia, 2006

Jegyzetek

  1. ↑ Petrenko D. A., Zabolotskikh E. V., Pozdnyakov D. V., Sychev V. I., Karlin L. N. A kokkolitoforok szuszpendált szervetlen szén éves termelésének kvantitatív értékelése a Jeges-tengeren és annak hosszú távú dinamikája (2002-2010) látható, műhold adatain infravörös és mikrohullámú tartományok Archív másolat 2014. november 29-én a Wayback Machine -nél // Kilencedik nyílt összoroszországi konferencia. "A Föld űrből történő távérzékelésének modern problémái". Moszkva, IKI RAS, 2011. november 14-18. A konferencia absztrakt gyűjteménye
  2. ↑ A Fekete-tenger virágzása: kilátás az űrből . Letöltve: 2012. szeptember 26. Az eredetiből archiválva : 2013. június 19.
  3. ↑ 1 2 N. R. Moheimani, J. P. Webb, M. A. Borowitzka. A kokkolitoforid algák bioremediációja és egyéb lehetséges alkalmazásai: Áttekintés  //  Algakutatás. — 2012-10-01. — Vol. 1 , iss. 2 . — P. 120–133 . — ISSN 2211-9264 . - doi : 10.1016/j.algal.2012.06.002 . Az eredetiből archiválva: 2017. december 4.
  4. ↑ Az elsődleges termelők fejlődése a tengerben . - Amsterdam: Elsevier Academic Press, 2007. - 1 online forrás (xiii, 441 oldal, 16 számozatlan táblaoldal) p. - ISBN 978-0-08-055051-0 , 0-08-055051-7. Archiválva : 2022. május 6. a Wayback Machine -nél
  5. ↑ Hogan, MC ""Coccolithophores"". Clevelandben, Cutler J. (szerk.). A Föld enciklopédiája . Washington, DC: Environmental Information Coalition, National Council for Science and the Environment.
  6. ↑ de Vargas, C.; Aubrey képviselő; Probert, I.; Young, J. (2007). – A tengerparti vadászoktól az óceáni gazdákig. In Falkowski, P.G.; Knoll, A. H. (szerk.). A kokkolitoforok eredete és fejlődése . Boston: Elsevier. pp. 251–285.
  7. ↑ Jeremy R. Young, Harald Andruleit, Ian Probert. Coccolith Function and Morphogenesis: Insights from Appendige-Bearing Coccolithophores of the Family Syracosphaeraceae (haptophyta)1  (angol)  // Journal of Phycology. - 2009. - 1. évf. 45 , iss. 1 . — P. 213–226 . — ISSN 1529-8817 . doi : 10.1111/ j.1529-8817.2008.00643.x .
  8. ↑ A mikroszkopikus tengeri növények biotechnológiával alakítják ki környezetüket, hogy fokozzák saját növekedésüket . Letöltve: 2020. december 13. Az eredetiből archiválva : 2020. november 29.
  9. ↑ Westbroek, P.; et al. (1983), "Calcification in Coccolithophoridae: Wasteful or Functional?", Ecological Bulletins : 291–299
  10. ↑ 1 2 Kokkolitoforok: a molekuláris folyamatoktól a globális hatásig . - Berlin: Springer, 2004. - xiii, 565 oldal p. - ISBN 3-540-21928-5 , 978-3-540-21928-6.
  11. ↑ Richard W. Jordan. Haptophyta  (angol)  // eLS. - American Cancer Society, 2012. - ISBN 978-0-470-01590-2 . - doi : 10.1002/9780470015902.a0001981.pub2 .
  12. ↑ Robin Mejia. Segítenek az ioncsatornák a kokkolitoforoknak alkalmazkodni az óceán savasodásához?  (angol)  // PLOS Biology. — 2011-06-21. — Vol. 9 , iss. 6 . — P.e1001087 . — ISSN 1545-7885 . - doi : 10.1371/journal.pbio.1001087 . Archiválva az eredetiből 2022. június 22-én.
  13. ↑ Luke Mackinder, Glen Wheeler, Declan Schroeder, Ulf Riebesell, Colin Brownlee. A coccolithophores meszesedésének hátterében álló molekuláris mechanizmusok  // Geomicrobiology Journal. — 2010-09-10. - T. 27 , sz. 6-7 . – S. 585–595 . — ISSN 0149-0451 . - doi : 10.1080/01490451003703014 .
  14. ↑ Nicholas R. Bates, Anthony F. Michaels, Anthony H. Knap. Lúgossági változások a Sargasso-tengerben: a meszesedés geokémiai bizonyítékai?  (angol)  // Tengeri kémia. - 1996-01-01. — Vol. 51 , iss. 4 . — P. 347–358 . — ISSN 0304-4203 . - doi : 10.1016/0304-4203(95)00068-2 .
  15. ↑ 12 M. E Mocsár . CaCO3 képződés szabályozása kokkolitoforokban //  Összehasonlító biokémia és fiziológia B rész: Biokémia és molekuláris biológia. - 2003-12-01. — Vol. 136 , iss. 4 . — P. 743–754 . — ISSN 1096-4959 . - doi : 10.1016/S1096-4959(03)00180-5 . Archiválva az eredetiből 2022. február 7-én.  
  16. ↑ T. Tyrrell, P. M. Holligan, C. D. Mobley. Az óceáni kokkolitofór virágzásának optikai hatásai  (angol)  // Journal of Geophysical Research: Oceans. - 1999. - 1. évf. 104 , iss. C2 . - P. 3223-3241 . — ISSN 2156-2202 . - doi : 10.1029/1998JC900052 . Archiválva az eredetiből 2019. február 14-én.
  17. ↑ L. Beaufort, I. Probert, T. de Garidel-Thoron, E. M. Bendif, D. Ruiz-Pino. A kokkolitoforok érzékenysége a karbonát kémiára és az óceán savanyítására  (angol)  // Természet. — 2011-08. — Vol. 476 , iss. 7358 . — P. 80–83 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/nature10295 . Archiválva az eredetiből: 2020. augusztus 7.
  18. ↑ Megválthatják a világot a kagylók?  (angol) . The Independent (2011. október 23.). Letöltve: 2021. január 17. Az eredetiből archiválva : 2021. január 24..
  19. ↑ Jean M. Self-Trail, David S. Powars, David K. Watkins, Gregory A. Wandless. A meszes nannofosszíliák halmazának változásai a paleocén–eocén termikus maximumon: bizonyítékok egy polcról  //  Tengeri mikropaleontológia. — 2012-09-01. — Vol. 92-93 . — P. 61–80 . — ISSN 0377-8398 . - doi : 10.1016/j.marmicro.2012.05.003 .

Linkek