یک مطالعه جدید گزارش می دهد که برای اولین بار دانشمندان می توانند ببینند که پوسته موجودات دریایی کوچک چگونه اتم به اتم رشد می کنند. این پیشرفت، بینش جدیدی در مورد مکانیسم‌های زیست کانی‌سازی ارائه می‌کند و درک ما را از تغییرات محیطی در گذشته زمین بهبود می‌بخشد.
به رهبری محققان دانشگاه کالیفرنیا، دیویس و دانشگاه واشنگتن، با حمایت کلیدی از آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام در وزارت انرژی ایالات متحده، این تیم یک رابط آلی- معدنی را مورد بررسی قرار دادند که در آن اولین کریستال های کربنات کلسیم شروع می شود. ظاهر شدن در پوسته روزن داران، نوعی پلانکتون.
هاوارد اسپرو، یکی از نویسندگان این مطالعه و استاد ژئوشیمی دانشگاه کالیفرنیا دیویس، گفت: "ما اولین نگاه اجمالی به افق رویداد بیولوژیکی را دریافت کردیم." این یافته ها در Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد.
مرز نهایی Foraminifera
محققان روی پوسته‌هایی در سطح اتمی زوم کردند تا بهتر درک کنند که چگونه فرآیندهای رشد ممکن است بر سطوح ناخالصی‌های ردیابی در پوسته‌ها تأثیر بگذارد. تیم به یک مرحله کلیدی نگاه کرد - تعامل بین "قالب" بیولوژیکی و شروع رشد پوسته. دانشمندان نقشه ای در مقیاس اتمی از شیمی در این فصل مشترک حیاتی در روزن داران Orbulina universa تهیه کردند. اسپرو گفت که این اولین اندازه گیری شیمی یک الگوی بیومرینالیزاسیون کربنات کلسیم است.
در میان یافته های جدید، سطوح بالای سدیم و منیزیم در لایه آلی است. اسکار برانسون، نویسنده ارشد این مطالعه، محقق سابق فوق دکترا در دانشگاه کالیفرنیا دیویس که اکنون در دانشگاه ملی استرالیا در کانبرا است، گفت: این شگفت‌آور است زیرا این دو عنصر معمار مهمی در پوسته‌های ساختمان در نظر گرفته نمی‌شوند.همچنین، غلظت بیشتر منیزیم و سدیم در قالب ارگانیک ممکن است لازم باشد هنگام بررسی آب و هوای گذشته با پوسته‌های روزن داران در نظر گرفته شود.
کالیبره کردن آب و هوای زمین
بیشتر آنچه در مورد آب و هوای گذشته می دانیم (فراتر از سوابق هسته یخ) از تجزیه و تحلیل شیمیایی پوسته های ساخته شده توسط موجودات کوچک تک سلولی به نام روزن داران یا "فورم" بدست می آید. هنگامی که فوم ها می میرند، پوسته های آنها غرق می شوند و در گل و لای کف دریا حفظ می شوند. شیمی حفظ شده در پوسته های باستانی تغییرات آب و هوایی روی زمین را شرح می دهد، آرشیوی که نزدیک به 200 میلیون سال قدمت دارد.
پوسته های کربنات کلسیم عناصری از آب دریا - مانند کلسیم، منیزیم و سدیم - را با رشد پوسته ها ترکیب می کنند. مقدار کمی ناخالصی در یک پوسته هم به شرایط محیطی اطراف و هم به نحوه ساخت پوسته بستگی دارد. به عنوان مثال، هر چه پوسته منیزیم بیشتری داشته باشد، محل رشد آن پوسته در اقیانوس گرمتر است.
برانسون گفت: "پیدا کردن مقدار منیزیم در یک پوسته می تواند به ما امکان دهد دمای آب دریا را تا 150 میلیون سال پیش دریابیم."
اما سطوح منیزیم در پوسته نیز به دلیل نوارهای رشد در مقیاس نانومتر متفاوت است. هر نوار رشد یک روزه است (مشابه تغییرات فصلی در حلقه های درخت). برانسون گفت که شکاف های قابل توجهی در درک اینکه دقیقاً چه چیزی باعث ایجاد نوارهای روزانه در پوسته ها می شود وجود دارد.
"ما می دانیم که فرآیندهای تشکیل پوسته برای شیمی پوسته مهم هستند، اما چیز زیادی در مورد این فرآیندها یا اینکه چگونه ممکن است در طول زمان تغییر کرده باشند، نمی دانیم." "این عدم اطمینان قابل توجهی را به بازسازی آب و هوا اضافه می کند."
Atomic Maps
محققان از دو تکنیک پیشرفته استفاده کردند: طیف‌سنجی جرمی یونیزاسیون ثانویه زمان پرواز (ToF-SIMS) و توموگرافی کاوشگر اتمی با کمک لیزر (APT). ToF-SIMS یک تکنیک نقشه برداری شیمیایی دو بعدی است که ترکیب عنصری سطح یک نمونه صیقلی را نشان می دهد.این تکنیک برای آنالیز عنصری مواد پلیمری پیچیده توسعه یافته است و به تازگی در نمونه‌های طبیعی مانند پوسته‌ها اعمال می‌شود.
APT یک تکنیک نقشه برداری سه بعدی در مقیاس اتمی است که برای بررسی ساختارهای داخلی در آلیاژهای پیشرفته، تراشه های سیلیکونی و ابررساناها توسعه یافته است. تصویربرداری APT در آزمایشگاه علوم مولکولی محیطی، یک مرکز کاربر دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده در آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام انجام شد.
