Cambiamenti climatici: coccolitoforidi per il sequestro di CO2

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I coccolitoforidi sono un gruppo di plancton vegetale unicellulare, che si circondano di placche di calcite minute e altamente strutturate, chiamate coccoliti. I coccolitoforidi abbondano in tutti gli oceani del mondo. In termini di produzione di carbonato di calcio, sono senza dubbio il principale contributore ai sedimenti oceanici (1), oggi rappresentano circa un terzo della produzione totale di CaCO3 marino (2). La specie di coccolitoforo più abbondante è Emiliania huxleyi, mostrata a sinistra nella parte superiore della Figura 1.

Figura 1. Il nostro sito utilizza cookie tecnici e di terze parti per migliorare la tua esperienza di navigazione. Tutte le barre di scala sono 1 micron. Da sinistra a destra: Emiliania huxleyi intera cellula coccolitoforide circondata dai suoi coccoliti, Calcidiscus leptoporus ssp. quadriperforatus; particolare di una colonna vertebrale coccolith da Rhabdosphaera clavigera, dettagli di coccoliti da Syracosphaera molischii, Algirosphaera robusta, e Discosphaera tubifera, rispettivamente. Il controllo squisito sulle nanostrutture formate dai coccolitoforidi e i principi che regolano tale controllo sono ancora inesplorati e possono essere rilevanti per gli sforzi di nanofabbricazione sintetica.

E. huxleyi potrebbe benissimo essere la specie di carbonato di calcio più abbondante sulla terra (3). Coccolithorid fioriture, per lo più composto da E. huxleyi può essere visto dal satellite, come presentato in Figura 2. L’impatto biogeochimico dei coccolitoforidi è amplificato dall’esportazione di coccoliti nel fondo dell’oceano, dove i coccoliti sono il più grande singolo componente dei sedimenti di acque profonde, formando vasti accumuli di trasudano calcarei e gessi, compresi i gessi del Tardo Cretaceo dell’Europa nord-occidentale (4) (Figura 1). Negli ultimi 220 anni c’è stato un aumento del 40% della massa media di coccoliti (2).

Figura 2. A sinistra e al centro: fioriture di coccolitoforo viste dal satellite nel Mar Celtico e nel Mare di Bering. L’alta densità di coccolithohorids fornisce uno sfondo bianco, quindi l’acqua di mare appare ciano, in quanto assorbe il colore complementare rosso. Righ: Le bianche scogliere di Dover, in Inghilterra, composte per lo più da coccoliti sedimentati.

La biomineralizzazione del coccolite è stata ampiamente studiata. Recensioni recenti includono (4-9).

I coccoliti presentano una morfologia molto innaturale per la calcite, ma sono composti da cristalli singoli di calcite, come mostrato in Figura 1.

Iesias-Rodriguez et al. recentemente ha dimostrato che i coccolitoforidi stanno già rispondendo e probabilmente continueranno a rispondere alle crescenti pressioni parziali di CO2 atmosferica, il che ha importanti implicazioni per la modellazione biogeochimica degli oceani e del clima futuri (2).

I coccolitoforidi sono responsabili della stragrande maggioranza della calcificazione biogenica nei sistemi marini. I risultati della recente paleontologia marina e studi basati sulla cultura suggeriscono che diverse specie di coccolitofori rispondono in modo differenziato a diversi livelli di nutrienti, pCO2, bicarbonato, ecc. (10). Tuttavia, sorprendentemente poco si sa sull’effetto di tali fattori ambientali locali sulla biomineralizzazione (11). La prima sequenza di genoma coccolitoforo (di E. huxleyi) e diverse librerie di tag di sequenza espressa hanno creato un’opportunità senza precedenti per indagare i meccanismi genetici e biochimici responsabili della biomineralizzazione.

Stiamo avviando esperimenti in vitro sul sequestro di CO2 di E. huxleyi e pianifichiamo di correlare l’efficienza nella rimozione di CO2 dall’atmosfera e nella regolazione genica.

  1. Lowenstam HA e Weiner S (1989) Sulla biomineralizzazione (Oxford University Press, New York).
  2. MDesias-Rodriguez MD, Halloran PR, Rickaby REM, Hall IR, Colmenero-Hidalgo E, Gittins JR, Green DRH, Tyrrell T, Gibbs SJ, Dassow Pv, et al. (2008)” Fitoplancton Calcification in a High-CO2 World ” Science 320, 336-340.
  3. Westbroek P, de Jong EW, van der Wal P, Borman AH, de Vrind JPM, Kok D, de Bruiijn WC, and Parker SB (1984)” Mechanism of calcification in the marnine alga Emiliania huxleyi ” Phil Trans R Soc London Ser B 304, 435-444.
  4. Young JR e Henriksen K (2003) in Biomineralizzazione, eds. Nel 2007, il gruppo ha pubblicato il suo primo album in studio.
  5. Westbroek P, Young JR, and Linschooten K (1989)” Coccolith production (biomineralization) in the marine alga Emiliania huxleyi ” J Protozool 36, 368-373.
  6. Pienaar RN (1994) in Coccolithophore, eds. Inverno A e Siesser WG (Cambridge University Press, Cambridge), pp. 13-37.
  7. de Vrind-de Jong EW e de Vrind JPM (1997)” Algal deposition of carbonati and silicati ” Rev Mineral 35, 267-307.
  8. Young JR, Davis SA, and Bown PR (1999) “Coccolith ultrastrutture and biomineralization” J Struct Biol 126, 195-215.
  9. Marsh ME (2000) in Biomineralizzazione: dalla biologia alle biotecnologie e applicazioni mediche, ed. Bäuerlein E (Wiley-VHC, Winheim), pp. 251-268.
  10. Colesias-Rodriguez MD, Halloran PR, Rickaby REM, Hall IR, Colmenero-Hidalgo E, Gittins JR, Green DRH, Tyrrell T, Gibbs SJ, von Dassow P, et al. (2008)” Fitoplancton calcification in a high-CO2 world ” Science 320, 336-340.
  11. Paasche E (2002)” A review of the coccolithorid Emiliania huxleyi (Prymnesiophyceae), with particular reference to growth, coccolith formation, and calcification-photosynthesis interactions ” Phycologia 40, 503-529.

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