I coccolitofori sono alghe marine microscopiche che utilizzano l'anidride carbonica per crescere, e rilasciano anidride carbonica quando creano i loro gusci di calcite in miniatura. Questi piccoli, abbondanti microrganismi planctonici potrebbero quindi essere seriamente colpiti dalle attuali crescenti emissioni di anidride carbonica. Scienziati del CNRS, Università di Le Mans, Università della Sorbona, Aix-Marseille Université e l'ESRF, il sincrotrone europeo, hanno rivelato la struttura 3-D a livello nanometrico dei loro gusci di calcite, fornendo nuove prospettive per la valutazione del ruolo di questi minuscoli microrganismi nel ciclo globale del carbonio. Uno studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura mostra nuove correlazioni tra la loro massa e la dimensione del modello organico attorno al quale avviene la nucleazione e la crescita della calcite.

Probabilmente non ne hai mai sentito parlare, ma potresti aver notato inavvertitamente coccolitofori nelle immagini satellitari del mare quando una magnifica macchia color turchese-latte appare nelle acque superficiali indicando che sono presenti trilioni di questi fitoplancton calcificati unicellulari.

Circa un terzo dell'anidride carbonica rilasciata nell'atmosfera a causa dell'attività umana viene assorbita dagli oceani, dove reagisce chimicamente e rende l'acqua più acida. Questo, a sua volta, rende difficile la calcificazione di alcuni organismi marini, come le stelle marine, Ricci di mare, coralli, e coccolitofori per costruire i loro gusci o scheletri.

Quando piccoli organismi hanno un impatto sul ciclo globale del carbonio

coccolitofori, organismi unicellulari molto più piccoli dei pixel sullo schermo del computer, sono attori attivi nel ciclo del carbonio. Vivono negli strati superficiali del mare, dove usano la luce per fotosintetizzare, fissaggio CO ₂ in materia organica determinando una diminuzione della CO . disciolta ₂ nell'oceano. A differenza di altri fitoplancton fotosintetici, coccolitofori producono calcite (cioè CaCO ₃ ) sotto forma di minute piastrine dette "coccoliti". La calcificazione del coccolitoforo utilizza il bicarbonato (HCO ₃ ) dall'acqua di mare e rilascia CO ₂ . Quando le cellule del coccolitoforo muoiono, i coccoliti e la materia organica associata affondano lentamente nel fondo del mare, contribuendo così allo stoccaggio del carbonio nel serbatoio dell'oceano profondo. Sebbene siano organismi minuscoli, i coccolitofori giocano un ruolo chiave nel ciclo globale del carbonio per il fatto che sono molto abbondanti negli oceani.

Diversi recenti studi di laboratorio e sul campo indicano che è probabile che l'acidificazione degli oceani ostacoli la calcificazione dei coccolitofori. Però, alcuni studi hanno riportato un aumento della calcificazione del coccolitoforo in condizioni più acide.

Svelare la massa di coccoliti

Comprendere come i fattori ambientali influenzino il grado di calcificazione dei coccoliti è quindi di notevole interesse. La questione cruciale è essere in grado di stimare con precisione la massa del guscio di calcite di questi microrganismi. "Abbiamo sviluppato un metodo per stimare la massa dei singoli coccoliti utilizzando la microscopia ottica automatizzata, ", afferma lo scienziato del CNRS Luc Beaufort. "Sebbene questa tecnica sia molto utile per misurare la massa di una grande quantità di coccoliti in un breve periodo di tempo, era fondamentale valutare l'accuratezza di queste misurazioni confrontandole con un altro metodo molto preciso".

Gli scienziati Alain Gibaud e Thomas Beuvier, utenti regolari dell'ESRF, mettere Yuriy Chushkin e Federico Zontone, scienziati dell'ESRF, in contatto con i paleontologi Luc Beaufort e Baptiste Suchéras-Marx e il biologo marino Ian Probert. La tecnica coerente di imaging di diffrazione dei raggi X su ESRF beamline ID10 è stata utilizzata per generare informazioni incredibilmente dettagliate sulla struttura 3-D (e quindi sulla massa) di conchiglie e coccoliti individuali di diverse specie di coccolitoforo.

Il team è stato in grado di calibrare il metodo della microscopia ottica e ha scoperto che ogni coccolite nel guscio ha caratteristiche diverse, nonostante tutto sia stato creato nelle stesse condizioni ambientali. Per spiegare le variazioni delle dimensioni e della massa dei coccoliti all'interno dei singoli coccolitofori, hanno scoperto che la massa dei coccoliti è proporzionale alla dimensione della scala organica attorno alla quale avviene la nucleazione della calcite ogni 110-120 nm.

"L'esperimento all'ESRF è stato impegnativo perché i campioni, da cinque a sette micron, erano quasi troppo grandi per noi da studiare. With coherent diffraction imaging, we managed to get information in 3-D and reconstruct the individual calcite crystals of the coccoliths, " says Yuriy Chushkin, scientist at the ESRF. "Infatti, the largest samples scattered the beam so well that in one hour we had the full 3-D data set that we needed, " he concludes.

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.