Le barriere coralline sono comunità vivaci che ospitano un quarto di tutte le specie nell'oceano e sono indirettamente cruciali per la sopravvivenza del resto. Ma stanno lentamente morendo - alcune stime dicono che dal 30 al 50 percento delle barriere coralline sono andate perse - a causa dei cambiamenti climatici.

In un nuovo studio, I fisici dell'Università del Wisconsin-Madison hanno osservato i coralli che formano la barriera corallina su scala nanometrica e hanno identificato come creano i loro scheletri. I risultati forniscono una spiegazione di come i coralli siano resistenti all'acidificazione degli oceani causata dall'aumento dei livelli di anidride carbonica e suggeriscono che il controllo della temperatura dell'acqua, non acidità, è fondamentale per mitigare la perdita e ripristinare le barriere coralline.

"Le barriere coralline sono attualmente minacciate dai cambiamenti climatici. Non è in futuro, è nel presente, "dice Pupa Gilbert, professore di fisica alla UW-Madison e autore senior dello studio. "Il modo in cui i coralli depositano i loro scheletri è di fondamentale importanza per valutare e aiutare la loro sopravvivenza".

I coralli che formano la barriera corallina sono animali marini che producono uno scheletro duro composto da aragonite, una forma del minerale carbonato di calcio. Ma come crescono gli scheletri è rimasto poco chiaro. Un modello suggerisce che gli ioni calcio e carbonato disciolti nel fluido calcificante dei coralli si attaccano uno alla volta all'aragonite cristallina dello scheletro in crescita. Un modello diverso, proposto da Gilbert e colleghi nel 2017 e basato su uno studio su una specie di corallo, suggerisce invece che le nanoparticelle non disciolte si attaccano e poi si cristallizzano lentamente.

Nella prima parte di un nuovo studio, pubblicato il 9 novembre nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , Gilbert e il suo gruppo di ricerca hanno utilizzato una tecnica di spettromicroscopia nota come PEEM per sondare gli scheletri in crescita di cinque coralli appena raccolti, compresi i rappresentanti di tutte e quattro le possibili forme di corallo che formano la barriera corallina:ramificazione, massiccio, incrostante, e tavola. Le mappe chimiche PEEM degli spettri di calcio hanno permesso agli scienziati di determinare l'organizzazione di diverse forme di carbonato di calcio su scala nanometrica.

I risultati del PEEM hanno mostrato nanoparticelle amorfe presenti nel tessuto dei coralli, alla superficie in crescita, e nella regione tra il tessuto e lo scheletro, ma mai nello scheletro maturo stesso, supportare il modello di attacco delle nanoparticelle. Però, hanno anche mostrato che mentre il bordo di crescita non è densamente imballato con carbonato di calcio, lo scheletro maturo è un risultato che non supporta il modello di attacco delle nanoparticelle.

"Se immagini un mucchio di sfere, non puoi mai riempire completamente lo spazio; c'è sempre spazio tra le sfere, "Dice Gilbert. "Quindi questa è stata la prima indicazione che l'attaccamento delle nanoparticelle potrebbe non essere l'unico metodo".

I ricercatori hanno poi utilizzato una tecnica che misura la superficie interna esposta dei materiali porosi. Si scopre che grandi cristalli geologici di aragonite o calcite, formati da qualcosa che non vive, hanno una superficie circa 100 volte inferiore rispetto alla stessa quantità di materiale costituito da nanoparticelle. Quando hanno applicato questo metodo ai coralli, i loro scheletri davano quasi lo stesso valore dei grandi cristalli, non materiali nanoparticellari.

"I coralli riempiono lo spazio tanto quanto un singolo cristallo di calcite o aragonite. Quindi, devono verificarsi sia l'attacco ionico che l'attacco particellare, "Dice Gilbert. "I due campi separati che sostengono le particelle contro gli ioni in realtà hanno entrambi ragione".

Questa nuova comprensione della formazione dello scheletro dei coralli può avere senso solo se è vera un'altra cosa:che l'acqua di mare non è in contatto diretto con lo scheletro in crescita, come è stato comunemente ipotizzato. Infatti, recenti studi sul fluido calcificante del corallo hanno scoperto che contiene concentrazioni leggermente più elevate di calcio e tre volte più ioni bicarbonato rispetto all'acqua di mare, sostenendo l'idea che lo scheletro in crescita sia effettivamente isolato dall'acqua di mare.

Anziché, i ricercatori propongono un modello in cui i coralli pompano ioni calcio e carbonato dall'acqua di mare attraverso il tessuto corallino, che concentra quei minerali vicino allo scheletro. È importante sottolineare che questo controllo consente ai coralli di regolare le loro concentrazioni di ioni interne, anche se gli oceani si acidificano a causa dell'aumento dei livelli di anidride carbonica.

"Fino a questo lavoro, la gente aveva supposto che ci fosse un contatto tra l'acqua di mare e lo scheletro in crescita. Abbiamo dimostrato che lo scheletro è completamente separato dall'acqua di mare, e questo ha conseguenze immediate, " dice Gilbert. "Se ci devono essere strategie di bonifica della barriera corallina, non dovrebbero concentrarsi sulla lotta all'acidificazione degli oceani, dovrebbero concentrarsi sulla lotta al riscaldamento degli oceani. Per salvare le barriere coralline dovremmo abbassare la temperatura, non aumentare il pH dell'acqua."