Smithsonian Voices Nationales Naturkundemuseum
Wie Biomineralien Sprungbrett für die Klimawandelforschung sind
Sich entwickelndes Klima: Das Smithsonian ist so viel mehr als seine weltberühmten Exponate und Artefakte. Es ist eine Organisation, die sich zum Ziel gesetzt hat, zu verstehen, wie die Vergangenheit die Gegenwart und die Zukunft informiert. Einmal pro Woche zeigen wir Ihnen, wie die sieben wissenschaftlichen Forschungsabteilungen des Nationalen Naturkundemuseums Lehren aus dem vergangenen Klimawandel ziehen und auf das 21. Jahrhundert und darüber hinaus anwenden.
Mineralien sind für ihre geologische Herkunft bekannt, werden jedoch nicht ausschließlich von der Erde hergestellt. Seit über 3,5 Milliarden Jahren schaffen lebende Organismen auch ihre eigenen harten Teile: Biomineralien.
„Mineralien bilden die Skelette, Muscheln und harten Teile vieler Lebensformen. Unsere Knochen sind Biomineralien und dank ihnen können wir laufen und uns bewegen “, sagte Gabriela Farfan, die Kuratorin für Edelsteine und Mineralien von Coralyn Whitney am Smithsonian National Museum of Natural History.
Biominerale unterstützen Organismen nicht nur auf vielfältige Weise, sondern enthalten auch wichtige Informationen über ihre Umgebung. Die Untersuchung der chemischen Strukturen in Biomaterialien kann Hinweise auf das sich im Laufe der Zeit ändernde Klima der Erde geben.
„Die Vergangenheit ist ein Schlüssel zur Gegenwart und Zukunft. Wenn wir verstehen können, wie die Biomineralisierungsmechanismen damals funktionierten, können wir sie möglicherweise als allgemeine Regeln für das Studium der Zukunft verwenden “, sagte Ioan Lascu, ein Forschungsgeologe und Sekretariatswissenschaftler von Edward und Helen Hintz im Department of Mineral Sciences des Museums.
Stromatolithen gehören zu den ältesten Fossilien der Welt und stammen aus über 3,5 Milliarden Jahren. Sie sind bekannt für ihre Signaturschichten, die auf diesem Bild zu sehen sind. (Chip Clark, USNM PAL 534160, Smithsonian)
Während die Bakterien weiterhin von Mineralien umgeben und bedeckt werden, die in der von ihnen produzierten „Gänsehaut“ erzeugt und eingeschlossen werden, müssen sie aus diesen Schatten herauskommen und nach oben wachsen, um die Sonne zu erreichen und die Photosynthese fortzusetzen. Dabei bauen sich diese gestapelten Schichten auf und zementieren sich zu deutlichen Streifen, die wie dünne Stapel Pfannkuchen aussehen.
“Diese Gemeinden wachsen im Laufe der Zeit mit laminierten Strukturen, die sich aus dem Meeresboden gebildet haben”, sagte Suosaari. “Die Struktur ist unterschiedlich. Wenn Sie also Stromatolithen in der Gesteinsaufzeichnung finden, wissen wir, dass das Leben einmal dort war.”
Alte Stromatolithen sind nicht nur wichtig für das, was sie über die Vergangenheit verraten können. Sie zeigen auch, wie diese Mikroben seit Milliarden von Jahren widerstandsfähig sind.
Obwohl es ungewöhnlich ist, existieren moderne Stromatolithen heute in extremen Umgebungen und gedeihen an Orten, an denen andere Organismen Schwierigkeiten haben. Zum Beispiel hat die größte und vielfältigste aktive marine Stromatolith-Ansammlung der Welt den doppelten Salzgehalt des offenen Ozeans. Die Anpassungsfähigkeit mikrobieller Gemeinschaften an das Leben und Gedeihen in extremen Umgebungen war entscheidend für ihr Überleben und ihre Beständigkeit, nachdem das Leben während der kambrischen Zeit vor etwa 540 Millionen Jahren explodiert war.
“Sobald sich ein höheres Leben entwickelte, wurden die Stromatolith-bildenden mikrobiellen Gemeinschaften oft weggetrieben oder um den Weltraum konkurriert”, sagte Suosaari.
Stromatolithen sind ein Beispiel dafür, wie Biomineralien die Vergangenheit der Erde enthüllen können, aber Geologen möchten auch mehr darüber erfahren, was in Zukunft passieren könnte. Im Museum untersuchen sie, wie sich Organismen und ihre Biomineralien in der Gegenwart chemisch verändern.
Kristallisierende Hinweise in Korallen
Korallenriffe bestehen aus Biomineralien, die sich in Wasser mit hohem Säuregehalt auflösen. Dies ist für Mineralogisten zu einem Problem geworden, da die Versauerung der Ozeane aufgrund des Klimawandels zunimmt. (Kevin Lafferty, USGS, WERC, gemeinfrei)
Mit fortschreitendem Klimawandel schwanken die Umgebungen auf eine Weise, wie sie es noch nie zuvor getan haben. Dies gilt insbesondere für den Ozean. Im Moment wird der Ozean zunehmend sauer, weil die Atmosphäre, die er absorbiert, immer mehr Kohlendioxid enthält.
Für Meerestiere wie Korallen, die Biomineralisierung zum Bau von Riffen verwenden, ist die Versauerung der Ozeane eine schlechte Nachricht. Coral sezerniert ein Biomineral aus einem Carbonatmineral namens Aragonit, das sich in Wasser mit höherem Säuregehalt schneller auflöst. Mit zunehmender Versauerung der Ozeane erodieren die Riffstrukturen. Dies ist wichtig zu untersuchen, da Korallenriffe ein sicherer Hafen für Meerestiere sind.
Wenn Farfan untersucht, wie sich Kristalle in Riffen verändert haben, kann er vorhersehen, wie sie in Zukunft reagieren könnten, wenn die Chemie der Ozeane weiter säuert.
„Wie Baumringe wachsen Korallen im Laufe der Zeit in Schichten. Durch die Analyse der mineralogischen und chemischen Signaturen dieser Schichten können wir verstehen, wie die vergangenen Meeresumgebungen waren “, sagte Farfan.
Riffbiominerale sind Aufbewahrungsorte für Informationen zu Reaktionen auf Umweltveränderungen. Die Daten, die sie enthalten, können genutzt werden, um Vorhersagen über das globale Klima und die Meereslandschaften in den kommenden Jahren zu verbessern.
„Die Umgebung beeinflusst die Kristallstrukturen und die Chemie, sodass die Untersuchung von Kristallen Aufschluss über die Umgebung geben kann“, sagte Farfan.
Biomineral Schlüssel zur Zukunft
Biomineralien in den oben genannten lebenden Stromatolithen und in Meeresorganismen wie Korallen können Mineralwissenschaftlern helfen, mehr über die Erdgeschichte und ihre Zukunft zu erfahren. (Paul Harrison, gemeinfrei)
Bei der Biomineralisierung verbinden sich Vergangenheit und Gegenwart. Biominerale sind Momentaufnahmen von Meeresumgebungen, atmosphärischen Bedingungen und Schwankungen in der Biosphäre im Laufe der Zeit.
“Sobald wir sehen, wie sich verschiedene Variablen verhalten haben, können wir potenziell Klimamodelle informieren, um herauszufinden, was in Zukunft passieren könnte, wenn bestimmte Trends anhalten”, sagte Lascu.
Das Studium dieser Materialien kann Geologen helfen, mehr darüber zu erfahren, wie sich die Erde in den kommenden Jahrzehnten vom Klimawandel verändern könnte.
„Wir haben Temperatur, Druck und physikalische Bedingungen im Ozean, die für die Herstellung von Biomineralien wichtig sind. Sobald wir verstehen, wie solche Dinge miteinander zusammenhängen, können wir darüber nachdenken, was dies für den zukünftigen Klimawandel bedeutet “, sagte Farfan.
Seien Sie gespannt auf die nächste Geschichte in der Reihe “Evolving Climate” am 29. April. Wir zeigen Ihnen, wie Forscher in der Abteilung für Paläobiologie des Museums Pflanzenfossilien verwenden Rekonstruieren Sie das vergangene Klima der Erde und informieren Sie die Klimawandelforschung heute.
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Abigail Eisenstadt ist Kommunikationsassistentin am Smithsonian National Museum of Natural History. Sie bringt die Wissenschaft über das Büro für Kommunikation und öffentliche Angelegenheiten des Museums in die Öffentlichkeit, wo sie die Berichterstattung in den Medien verfolgt, die Filmaktivitäten koordiniert und für den Blog des Museums, Smithsonian Voices, schreibt. Abigail erhielt ihren Master in Wissenschaftsjournalismus von der Boston University. In ihrer Freizeit ist sie entweder draußen oder in der Küche.
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