Querschnitt durch eine Probe der Kaltwasserkoralle Lophelia pertusa. Links optische Aufnahme, rechts Aufnahme aus der Laserablation in Verbindung mit der Massenspektrometrie (laser ablation multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometer, LA-MC-ICP-MS) zur Sichtbarmachung von Bor und Bor-Isotopen. Aufnahmen: Jan Fietzke, GEOMAR

Laser-scharfe Einblicke in die Kalkbildung

Hochauflösende Bilder eröffnen neues Verständnis lebenswichtiger Prozesse

18.03.2022/Kiel. Von winzigem Plankton bis hin zu Korallen: Kalkbildung ist ein lebenswichtiger Prozess im Ozean. Während kalkbildendes Plankton wichtige Beiträge zur biologischen Kohlenstoffpumpe – dem Transport von Kohlendioxid in die Tiefsee – leistet, bauen Korallen und Kalkbildner am Meeresboden üppige Strukturen auf, die Lebensraum für Fische und viele weitere Arten schaffen. Die zugrundeliegenden chemischen und biologischen Vorgänge entschlüsselt die Wissenschaft Schritt für Schritt – während der Klimawandel sie bereits beeinträchtigt. Erkenntnisse aus der Forschung tragen zum besseren Verständnis dieser wichtigen Funktionen bei. Das erlaubt Vorhersagen darüber, wie der fortschreitende Klimawandel diese Funktionen verändern wird und ob die Begrenzung des Klimawandels sie erhalten kann.

Um genauer zu verstehen, wie sich globale Erwärmung und Ozeanversauerung auf den Schlüsselprozess der Kalkbildung und damit auf die Fähigkeit der Korallen auswirken, Riffe zu bilden, ist ein hochdetaillierter Blick notwendig. Forschenden des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel ist es nun erstmals gelungen, die räumliche Verteilung und Zusammensetzung des Elements Bor im Skelett von Kaltwasserkorallen Lophelia pertusa (Synonym seit 2018: Desmophyllum pertusum) hochauflösend abzubilden. Die Proben wurden bei einer Expedition mit dem Forschungstauchboot JAGO im Jahr 2011 aus dem Trondheimfjord geborgen. Ihre Methoden und Beobachtungen beschreiben sie in einem heute in der Fachzeitschrift Science Advances erschienen Artikel.

Um Bor und Bor-Isotopen in einem Querschnitt durch das Korallen-Skelett sichtbar zu machen, nutzten die Kieler Forschenden erstmals bildgebende Verfahren aus der Laserablation in Verbindung mit der Massenspektrometrie (laser ablation multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometer, LA-MC-ICP-MS). Die Aufnahmen erlauben Schlussfolgerungen hinsichtlich der unterschiedlichen Kontrollmechanismen sowie der Transportwege vom externen Meerwasser zum Ort der Kalzifizierung. Diese einzigartigen Einblicke unterstreichen die Notwendigkeit, gängige Kalkbildungsmodelle neu zu bewerten und zu erweitern. Die Publikation stellt Alternativen vor, die es künftig zu überprüfen gilt.

Publikation

Fietzke, J., Wall, M. (2022): Distinct fine-scale variations in calcification control revealed by high-resolution 2D boron laser images in the cold-water coral Lophelia pertusa. In: Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.abj4172

Abbildung: Laser-Bilder eines Probenabschnitts von Lophelia pertusa. a) Optisches Bild; das rote Rechteck zeigt den Bereich an, der mit von Verfahren aus der Laserablation in Verbindung mit der Massenspektrometrie (laser ablation multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometer, LA-MC-ICP-MS) abgedeckt wird (c und d). b) LA-MC-ICP-MS-Bild von Bor (10B+11B), normalisiert auf die Kohlenstoff (12C)-Ionenintensität als halbquantitatives Maß für die Borkonzentrationsverteilung (Auflösung: 100μm (LA-Spotgröße) und 80x50μm (Datenerfassungsschritte); Bildgröße: 17x15 mm2). c) Borkonzentrationsbild auf der Grundlage kalibrierter LA-MC-ICP-MS-Bor-(10B+11B)-Ionenintensitäten, normiert auf Kohlenstoff-(12C)-Ionenintensitäten. d) Mit LA-MC-ICP-MS erhaltenes Bor-Isotopenbild (δ11B), gemessen an NIST-SRM610-Standardglas und renormiert auf NBS951. Der in c) und d) dargestellte Bereich (Auflösung: 20μm (LA-Spotgröße) 15x10μm (Schrittgröße der Datenerfassung); Bildgröße: 1,7x1,5 mm2) befindet sich innerhalb des Skelettteils, der durch das rote Quadrat in a umrahmt ist.

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