Klimawandel: Coccolithophoriden zur CO2-Sequestrierung

by Posted on

Coccolithophoriden sind eine Gruppe von einzelligem pflanzlichem Plankton, die sich mit winzigen und hochstrukturierten Calcit-Platten, den sogenannten Coccolithen, umgeben. Coccolithophoriden gibt es in allen Ozeanen der Welt. In Bezug auf die Calciumcarbonatproduktion sind sie zweifellos der Hauptverursacher der Ozeansedimente (1) und machen heute etwa ein Drittel der gesamten marinen CaCO3-Produktion aus (2). Die am häufigsten vorkommende Coccolithophor-Art ist Emiliania huxleyi, links oben in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Verschiedene coccolithophorids von Jeremy Young†™ s Web-Seite, im National History Museum, London, Großbritannien. Alle Skalenstäbe sind 1 Mikron. Von links nach rechts: Emiliania huxleyi ganze Coccolithophoridenzelle umgeben von ihren Coccolithen, Calcidiscus leptoporus ssp. quadriperforatus; Detail einer coccolith Wirbelsäule von Rhabdosphaera clavigera, Details von Coccolith von Syracosphaera molischii, Algirosphaera robusta, und Discosphaera tubifera, beziehungsweise. Die exquisite Kontrolle über die von Coccolithophoriden gebildeten Nanostrukturen und die Prinzipien, die eine solche Kontrolle regeln, sind noch unerforscht und können für synthetische Nanofabrikationsbemühungen relevant sein.

E. huxleyi ist möglicherweise die am häufigsten vorkommende Calciumcarbonat produzierende Art auf der Erde (3). Coccolithophorid-Blüten, die hauptsächlich aus E. huxleyi bestehen, sind vom Satelliten aus zu sehen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Der biogeochemische Einfluss von Coccolithophoriden wird durch den Export von Coccolithen in den Meeresboden verstärkt, wo Coccolithen die größte Einzelkomponente von Tiefseesedimenten sind und riesige Ansammlungen von kalkhaltigen Sickern und Kreiden bilden, einschließlich der Kreiden der späten Kreidezeit in Nordwesteuropa (4) (Abbildung 1). In den letzten 220 Jahren hat die durchschnittliche Coccolith-Masse um 40% zugenommen (2).

Abbildung 2. Links und Mitte: coccolithophore blüht von Satelliten in der Keltischen See und der Beringsee gesehen. Die hohe Dichte der Coccolithohoriden sorgt für einen weißen Hintergrund, so dass Meerwasser cyan erscheint, da es die Komplementärfarbe Rot absorbiert. Rechts: Die weißen Klippen von Dover im Südosten Englands, die hauptsächlich aus sedimentierten Coccolithen bestehen.

Die Coccolith-Biomineralisierung wurde umfassend untersucht. Aktuelle Bewertungen sind (4-9).

Coccolithen weisen eine sehr unnatürliche Morphologie für Calcit auf, bestehen jedoch aus Calcit-Einkristallen, wie in Abbildung 1 gezeigt.

Iglesias-Rodriguez et al. kürzlich zeigte sich, dass Coccolithophoriden bereits auf steigende atmosphärische CO2-Partialdrücke reagieren und wahrscheinlich auch weiterhin reagieren werden, was wichtige Auswirkungen auf die biogeochemische Modellierung zukünftiger Ozeane und des Klimas hat (2).

Coccolithophoriden sind für die überwiegende Mehrheit der biogenen Verkalkung in marinen Systemen verantwortlich. Ergebnisse aus jüngsten meerespaläontologischen und kulturbasierten Studien legen nahe, dass verschiedene Coccolithophor-Arten unterschiedlich auf unterschiedliche Nährstoffgehalte reagieren, pCO2, Bikarbonat, etc. (10). Überraschenderweise ist jedoch wenig über die Wirkung solcher lokalen Umweltfaktoren auf die Biomineralisierung bekannt (11). Die erste Coccolithophor-Genomsequenz (von E. huxleyi) und mehrere exprimierte Sequenz-Tag-Bibliotheken haben eine beispiellose Gelegenheit geschaffen, die genetischen und biochemischen Mechanismen zu untersuchen, die für die Biomineralisierung verantwortlich sind.

Wir initiieren In-vitro-Experimente zur E. huxleyi-CO2-Sequestrierung und planen, die Effizienz der CO2-Entfernung aus der Atmosphäre und der Genregulation zu korrelieren.

  1. Lowenstam HA und Weiner S (1989) Zur Biomineralisierung (Oxford University Press, New York).
  2. Iglesias-Rodriguez MD, Halloran PR, Rickaby REM, Halle IR, Colmenero-Hidalgo E, Gittins JR, Grün DRH, Tyrrell T, Gibbs SJ, Dassow Pv, et al. (2008) “Phytoplankton Verkalkung in einer High-CO2-Welt” Wissenschaft 320, 336-340.
  3. Westbroek P, de Jong EW, van der Wal P, Borman AH, de Vrind JPM, Kok D, de Bruiijn WC und Parker SB (1984) “Mechanismus der Verkalkung in der marnine Alge Emiliania huxleyi” Phil Trans R Soc London Ser B 304, 435-444.
  4. Young JR und Henriksen K (2003) in Biomineralisierung, Hrsg. Dove PM, De Yoreo JJ und Weiner S (MSA, Washington DC), S. 189-215.
  5. Westbroek P, Young JR, und Linschooten K (1989) “Coccolith production (biomineralization) in the marine alga Emiliania huxleyi” J Protozool 36, 368-373.
  6. Pienaar RN (1994) in Coccolithophore, Hrsg. Winter A und Siesser WG (Cambridge University Press, Cambridge), S. 13-37.
  7. de Vrind-de Jong EW und de Vrind JPM (1997) “Algenabscheidung von Carbonaten und Silikaten” Rev. 35, 267-307.
  8. Young JR, Davis SA und Bown PR (1999) “Coccolith ultrastructure and biomineralization” J Struct Biol 126, 195-215.
  9. Marsh ME (2000) in Biomineralisierung: von der Biologie zur Biotechnologie und medizinischen Anwendungen, Hrsg. Bã¤uerlein E (Wiley-VHC, Winheim), S. 251-268.
  10. Iglesias-Rodriguez MD, Halloran PR, Rickaby REM, Halle IR, Colmenero-Hidalgo E, Gittins JR, Grün DRH, Tyrrell T, Gibbs SJ, von Dassow P, et al. (2008) “Phytoplankton Verkalkung in einer High-CO2-Welt” Wissenschaft 320, 336-340.
  11. Paasche E (2002) “A review of the coccolithophorid Emiliania huxleyi (Prymnesiophyceae), with particular reference to growth, coccolith formation, and calcification-photosynthesis interactions” Phycologia 40, 503-529.

Published by admin

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.