Os coccolitóforos são algas marinhas microscópicas que usam dióxido de carbono para crescer, e liberam dióxido de carbono quando criam suas conchas de calcita em miniatura. Estes minúsculos, microrganismos planctônicos abundantes podem, portanto, ser seriamente afetados pelas atuais emissões crescentes de dióxido de carbono. Cientistas do CNRS, Le Mans Université, Sorbonne Université, Aix-Marseille Université e o ESRF, o Síncrotron Europeu, revelaram a estrutura 3-D de nível nano de suas conchas de calcita, fornecendo novas perspectivas para a avaliação do papel desses minúsculos microorganismos no ciclo global do carbono. Um estudo publicado em Nature Communications mostra novas correlações entre sua massa e o tamanho do molde orgânico em torno do qual ocorre a nucleação e o crescimento da calcita.

Você provavelmente nunca ouviu falar deles, mas você pode ter notado inadvertidamente coccolitóforos em imagens de satélite do mar quando uma magnífica mancha turquesa-leitosa aparece nas águas superficiais, indicando que trilhões desses fitoplânctons calcificados unicelulares estão presentes.

Cerca de um terço do dióxido de carbono liberado na atmosfera como resultado da atividade humana é absorvido pelos oceanos, onde reage quimicamente e torna a água mais ácida. Esse, por sua vez, torna difícil para certos organismos marinhos calcificantes, como estrelas do mar, ouriços do mar, corais, e coccolitóforos para construir suas conchas ou esqueletos.

Quando minúsculos organismos impactam o ciclo global do carbono

Coccolithophores, organismos unicelulares muito menores do que os pixels na tela do computador, são jogadores ativos no ciclo do carbono. Eles vivem nas camadas superficiais do mar, onde eles usam luz para fotossintetizar, corrigindo CO ₂ em matéria orgânica, levando a uma diminuição no CO dissolvido ₂ no Oceano. Ao contrário de outro fitoplâncton fotossintético, coccolitóforos produzem calcita (isto é, CaCO ₃ ) na forma de plaquetas diminutas chamadas "cocólitos". Calcificação de coccolitóforo usa bicarbonato (HCO ₃ ) da água do mar e libera CO ₂ . Quando as células coccolitóforas morrem, cocólitos e matéria orgânica associada afundam lentamente no fundo do mar, contribuindo assim para o armazenamento de carbono no reservatório do oceano profundo. Embora sejam organismos minúsculos, os coccolitóforos desempenham um papel fundamental no ciclo global do carbono devido ao fato de serem muito abundantes nos oceanos.

Vários estudos recentes de laboratório e de campo indicam que a acidificação do oceano pode dificultar a calcificação do coccolitóforo. Contudo, alguns estudos relataram um aumento da calcificação do coccolitóforo em condições mais ácidas.

Revelando a massa de cocólitos

Compreender como os fatores ambientais influenciam o grau de calcificação dos cocólitos é, portanto, de interesse significativo. A questão crucial é poder estimar com precisão a massa da casca de calcita desses microrganismos. "Desenvolvemos um método para estimar a massa de cocólitos individuais usando microscopia óptica automatizada, "diz o cientista do CNRS Luc Beaufort." Embora esta técnica seja muito útil para medir a massa de uma grande quantidade de cocólitos em um curto período de tempo, era crucial avaliar a precisão dessas medições comparando-as com outro método muito preciso. "

Os cientistas Alain Gibaud e Thomas Beuvier, usuários regulares do ESRF, coloque Yuriy Chushkin e Federico Zontone, cientistas do ESRF, em contato com os paleontólogos Luc Beaufort e Baptiste Suchéras-Marx e o biólogo marinho Ian Probert. A técnica de imagem de difração de raios-X coerente na linha de luz ESRF ID10 foi usada para gerar informações incrivelmente detalhadas sobre a estrutura 3-D (e, portanto, a massa) de conchas e cocólitos individuais de várias espécies de coccolitóforo.

A equipe conseguiu calibrar o método de microscopia óptica e descobriu que cada cocólito na casca tem características diferentes, apesar de todos serem criados nas mesmas condições ambientais. Para explicar as variações no tamanho e na massa do cocólito dentro dos coccolitóforos individuais, eles descobriram que a massa dos cocólitos é proporcional ao tamanho da escala orgânica em torno da qual ocorre a nucleação da calcita a cada 110 a 120 nm.

"O experimento no ESRF foi desafiador porque as amostras, em cinco a sete mícrons, eram quase grandes demais para nós estudarmos. Com imagens de difração coerentes, we managed to get information in 3-D and reconstruct the individual calcite crystals of the coccoliths, " says Yuriy Chushkin, scientist at the ESRF. "Na verdade, the largest samples scattered the beam so well that in one hour we had the full 3-D data set that we needed, "conclui.

The next step for the team is to use the 3-D computed images of these coccoliths to get a deeper understanding of how calcification is controlled by these extraordinary phytoplanktons and of the mechanical properties of these tiny but very intricate calcite structures.