Unerwartete Siliziumlokalisation im Calciumcarbonat-Exoskelett kultivierter und fossiler Coccolithophoren

Aug 03, 2023

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 7417 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Coccolithophores, marines kalzifizierendes Phytoplankton, sind wichtige Primärproduzenten, die den globalen Kohlenstoffkreislauf auf verschiedenen Zeitskalen beeinflussen. Ihre biomineralischen Strukturen, die calcithaltigen Kokkolithen, gehören zu den komplexesten Hartteilen eines Organismus. Das Verständnis der Morphogenese von Coccolithen ist nicht nur im Kontext der Ökophysiologie von Coccolithophoren relevant, sondern wird auch die Biomineralisierungs- und Kristalldesignforschung im Allgemeinen beeinflussen. Die jüngste Entdeckung, dass in einigen Coccolithophoren Silizium (Si) für die Kristallformung erforderlich ist, hat einen neuen Weg der Biomineralisierungsforschung eröffnet. Um ein mechanistisches Verständnis der Rolle von Si zu entwickeln, muss das Vorhandensein und die Lokalisierung dieses chemischen Elements in Coccolithen bekannt sein. Hier dokumentieren wir zum ersten Mal die ungleichmäßige Si-Verteilung in Helicosphaera carteri-Kokkolithen durch drei synchrotronbasierte Techniken, die Röntgenfluoreszenz und Infrarotspektromikroskopie nutzen. Die Anreicherung von Si in bestimmten Bereichen der Kokkolithe weist auf eine gezielte Rolle dieses Elements bei der Kokkolithbildung hin. Unsere Ergebnisse stellen einen wichtigen Schritt in der Biomineralisationsforschung dar, da sie die Tür für ein detailliertes mechanistisches Verständnis der Rolle von Si bei der Formung von Coccolith-Kristallen öffnen.

Coccolithophoren sind einzellige Meeresorganismen, die ihre Zelle mit Kalziumkarbonatplättchen (CaCO3) – den Coccolithen – bedecken und so ein Exoskelett namens Coccosphere bilden (Abb. 1a,b)1,2. Da Coccolithophoren sowohl durch die organische Kohlenstoffpumpe als auch durch die Carbonat-Gegenpumpe3,4 eine zentrale Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf spielen, ist das Verständnis ihrer Physiologie von grundlegender Bedeutung, um ihre zukünftige Verteilung und Häufigkeit in den Ozeanen und damit ihre Rolle bei der Kohlenstofffixierung und dem Kohlenstoffexport vorherzusagen . Bis vor kurzem konzentrierte sich die Untersuchung der Coccolithophor-Verkalkungsphysiologie hauptsächlich auf die Strukturkomponenten von Coccolith-Calcit, d. h. Calciumionen (Ca2+) und gelösten anorganischen Kohlenstoff1,5,6, sowie auf die Fraktionierung bestimmter Nebenelemente wie Strontium (Sr)7 ,8,9. Da Silizium kein Bestandteil von Calcit ist, war der Si-Bedarf einiger Coccolithophor-Arten nicht erwartet worden und wurde erst realisiert, als Durak et al.10 zeigten, dass einige Arten Si zur Verkalkung benötigen. Diese Si-abhängigen Arten exprimieren Diatomeen-ähnliche Silikattransporter (SITL), was die Nährstoffrolle von Si10 unterstreicht. Angesichts der kontraintuitiven Vorstellung einer Si-Abhängigkeit im Calcit-Produktionsprozess (Coccolithogenese) ist es keineswegs selbstverständlich, warum einige Coccolithophoren Si zum Überleben benötigen sollten. Ein Hinweis könnte am Beispiel von Coccolithus braarudii gewonnen werden, der für die Zellteilung eine Kokosphäre benötigt11. Eine intakte Kokkosphäre hängt von normal gebildeten Kokkolithen ab12, und die normale Morphogenese von Kokkolithen hängt wiederum von Si in dieser Art ab11. Insbesondere wurde gezeigt, dass die Kristallmorphogenese von Heterokokkolithen (HET) im Gegensatz zur Keimbildung ein Si-abhängiger Prozess ist, insbesondere die Modifikation des Kristallwachstums. Das Verständnis von Kristallisation und Kristallformung steht im Mittelpunkt der Biomineralisierungs- und Biomimetikforschung (Kristalldesign). Trotz dieser zentralen Bedeutung der Coccolith-Kristallisation und -Formung sind diese Prozesse kaum verstanden14. Der Bedarf an Si in einigen Coccolithophor-Arten eröffnet eine neue Sichtweise auf den Mechanismus der biomineralischen Morphogenese. Die Forschung steckt noch in den Kinderschuhen und grundlegende Daten wie das Vorkommen und die Verteilung von Si in Kokkolithen fehlen noch.

Mikroskopische Aufnahmen der Art Helicosphaera carteri im Rasterelektronenmikroskop (REM). Mikroaufnahmen der monospezifischen Kultur C1: (a) gesamte Kokkosphäre (10.000-fache Vergrößerung), (b) einzelner Kokkolith (25.000-fache Vergrößerung) und (c) Detail der Calcit-Elementstruktur eines Kokkolithen (60.000-fache Vergrößerung). Bilder von fossilen Überresten von H. carteri, entnommen aus den Proben F1 (d–e) und F2 (f–g): einzelne Kokkolithen (d 30.000-fache; f 20.000-fache Vergrößerung); Einzelheiten zur Anordnung der Calcitkristalle (e 55.000×; g 60.000×). Für alle Mikroaufnahmen werden Maßstabsbalken angegeben. Schema der H. carteri-Kokkolithstruktur und spezifischer Terminologie, neu gezeichnet und modifiziert nach Young et al.22: (h) proximale, (i) Schnitt- und (j) distale Ansichten. Coccolith-Mikroaufnahmen hinter den Schemata stammen aus Probe F2: (h) H. carteri, (j) H. wallichii.

In dieser Studie dokumentieren wir zum ersten Mal das Vorhandensein und die Lokalisierung von Si sowohl in fossilen als auch in kultivierten Kokkolithen der Art Helicosphaera carteri (Abb. 1). Diese Art wurde ausgewählt, da sie möglicherweise Si-abhängig ist, da sie zur Ordnung der Zygodiscales gehört, zu der auch Scyphosphaera apsteinii gehört, eine Art, die SITLs10,13 verwendet. Die Physiologie von Helicosphaera carteri wurde bisher wenig untersucht, obwohl sie sowohl im offenen Ozean als auch in Mündungs-/neritischen Gebieten verbreitet ist15,16,17 und seit ihrer Entstehung im frühen Miozän (ca. 23 Ma) über umfangreiche geologische Aufzeichnungen verfügt18. Es trägt auch stark zur marinen CaCO3-Produktion und Kohlenstoffspeicherung bei, sowohl in früheren15,19 als auch in aktuellen4,20,21 Sedimenten. Helicosphaera hat eine einzigartige Morphologie, die gekennzeichnet ist durch: (i) einen spiralförmigen Flansch, der sich entlang des elliptischen Randes des Kokkolithen entwickelt, (ii) eine Decke, die die distale Abdeckung bildet, (iii) eine proximale Platte, die aus radialen diskreten Elementen besteht, und (iv) zwei zentrale Öffnungen22 (Abb. 1h–j).

Um das Vorhandensein von Si-Spurenmengen in Kokkolithen sowie deren Gehalt und Verteilung nachzuweisen, haben wir drei synchrotronbasierte hochauflösende und zerstörungsfreie Techniken in der Synchrotronstrahlungsanlage Elettra Sincrotrone Trieste angewendet: (i) Röntgenfluoreszenz (XRF) an der RFA-Strahllinie; (ii) Rastertransmissions-Röntgenmikroskopie (STXM) gekoppelt mit Niedrigenergie-RFA (LEXRF) an der TwinMic-Strahllinie; (iii) Fourier-Transform-Infrarot-Spektromikroskopie (μFTIR) an der Strahllinie der Synchrotron-Infrarotquelle für Spektroskopie und Bildgebung (SISSI-Bio). Obwohl der Einsatz dieser fortschrittlichen und komplementären Analysetechniken in den Bereichen Umwelt und Biowissenschaften sowie bei der Untersuchung der Biomineralisierung lebender und fossiler Organismen immer häufiger zum Einsatz kommt23,24,25, wurden sie für Coccolithophor-Studien kaum genutzt. Bisher verwendeten nur wenige Arbeiten zur Untersuchung von Spurenelementen in kultivierten und fossilen Kokkolithen synchrotronbasierte Röntgenfluoreszenz26,27,28,29 oder molekulare Spektroskopien30,31,32. Diese Studien konzentrierten sich hauptsächlich auf chemische Elemente, die schwerer als Si sind, nämlich Kalzium (Ca), Eisen (Fe), Zink (Zn) und Sr. Daher wurde das Vorhandensein von Si nicht untersucht und in einer Studie nur kurz erwähnt29. Durch die Verwendung spezifischer Instrumenteneinstellungen und geeigneter Energiebereiche an den drei Synchrotron-Beamlines dokumentieren wir zum ersten Mal nicht nur das Vorhandensein, sondern auch die Lokalisierung von Si sowohl in fossilen als auch kultivierten Kokkolithen von H. carteri.

Die RFA-Karten, die an einer konzentrierten Menge kultivierter Kokkolithen von H. carteri (Probe C1; Abb. 2a) aufgenommen wurden, zeigten bei mikrometrischer Auflösung nicht nur ein hohes Signal von Ca, das bekanntermaßen einer der Hauptbestandteile von ist Coccoliths33,34,35 (Abb. 2b), aber auch das Vorhandensein von Si (Abb. 2c). Bei monospezifischen Fossilienproben (F1 und F2) waren die Messungen auf der Ebene einzelner Kokkolithen aufgrund der Strahlgröße (> 20 µm) der RFA-Strahllinie schwierig, dennoch zeigten RFA-Karten die Überlappung von Si und Ca (Abb. S1). Nachdem das Vorhandensein von Si an der RFA-Strahllinie identifiziert wurde, wurde das Si-Signal mithilfe der TwinMic-Strahllinie auf einer submikrometrischen Längenskala, also auf der Ebene eines einzelnen Kokkolithen, gründlicher untersucht. Die LEXRF-Kartierung an 13 einzelnen Kokkolithen von H. carteri bestätigte zweifelsohne nicht nur das Vorhandensein von Si in allen Proben, sowohl kultiviert (C1) als auch fossil (F1 und F2), sondern enthüllte auch dessen Lokalisierung auf einzelnen Kokkolithen (Abb. 3, S2). Alle Karten sind zwischen den verschiedenen Probentypen gut vergleichbar und liefern ähnliche Absorptions- (Abs) und differentielle Phasenkontrast- (PhC) Bilder mit geringeren übertragenen Signalen im inneren Teil des Kokkolithen, der auch der dickere Teil dieser Artenmorphologie ist. wo die proximale Platte mit der Decke überlappt (Abb. 3, S2). Die Überlagerung der LEXRF-Karten von Si (Si_K) mit den entsprechenden Absorptionsbildern (Abs + Si) ermöglichte es, die Si-Lokalisierung hervorzuheben und sie mit der Coccolith-Morphologie zu vergleichen. Insgesamt scheint sich Si in kultivierten Kokkolithen entlang des Flansches und des Randes der proximalen Platte sowie entlang der Längsachse, die die zentrale(n) Öffnung(en) kreuzt, zu befinden (Abb. 3a, S2a). Einige konzentrierte Si-Ansammlungen in einem bestimmten Bereich der Außenränder werden ebenfalls festgestellt, sie sind jedoch nicht unbedingt mit einem sichtbaren Merkmal auf den Absorptions- oder Phasenkontrastbildern verbunden. Fossile Kokkolithen weisen im Vergleich zu den kultivierten Kokkolithen eine weniger gleichmäßige oder charakteristische Si-Verteilung auf. Silizium scheint sich eher in Form von Hot Spots zu befinden, die in den Absorptionsbildern manchmal als dunklere Bereiche sichtbar sind, was möglicherweise mit dem Vorhandensein kleiner Stücke anderer fossiler Kokkolithen zusammenhängt (Abb. 3b, c, S2b, c). In solchen Gebieten erreicht Si viel höhere Werte als in den gesamten kultivierten Kokkolithen, während der Bereich der proximalen Platte des fossilen H. carteri im Durchschnitt stärker an Si verarmt zu sein scheint als der entsprechende Bereich der C1-Kokkolithen.

An der RFA-Beamline gesammelte Daten zu Kokkolithen, die aus der monospezifischen Kultur von H. carteri (C1) entnommen wurden. (a) Mikroskopaufnahme, aufgenommen mit einem Lichtmikroskop im Transmissionsmodus bei 400-facher Vergrößerung. Einige Kokkolithe werden durch gelbe Kreise im weniger dichten Bereich der abgelagerten Probe hervorgehoben. Der Maßstabsbalken beträgt 50 μm. RFA-Karten von (b) Ca Kα- und (c) Si Kα-Linien (leicht geglättet), aufgenommen mit einem einfallenden 5-keV-Strahl, was ihre Co-Lokalisierung hervorhebt; Die räumliche Auflösung beträgt 50 × 200 µm2. Maßstabsbalken sind 2 mm. Es werden auch Farbskalenbalken angezeigt, wobei die Zählwerte auf die einfallende I0-Intensität normiert sind. Karten wurden mit dem PyMCA-Softwarepaket36 (https://pymca.sourceforge.net/) erstellt.

Beispiele für RFA-Karten, die bei TwinMic an einzelnen Kokkolithen von H. carteri aus der monospezifischen Kulturprobe C1 (a) und den Fossilienproben F1 (b) und F2 (c) gesammelt wurden. Absorptions- (Abs) und Phasenkontrastbilder (PhC) von Kokkolithen werden zusammen mit der entsprechenden Si-RFA-Karte (Si_K) und dem überlappenden Bild der Absorption und Si-Verteilung (Abs + Si) dargestellt. Alle Bilder wurden bei 1,92 keV mit einer Schrittweite von 300 nm und einer Aufnahmezeit von 60 ms für Abs und PhC und 15 s für die RFA-Karte aufgenommen. Der Maßstabsbalken beträgt 2 μm. Farbbalken geben die Intensitätswerte an. Karten wurden mit dem PyMCA-Softwarepaket36 (https://pymca.sourceforge.net/) erstellt.

Während die Röntgenfluoreszenztechnik das Vorhandensein von Si deutlich erkennen lässt, liefert sie keine Informationen über die umgebende chemische Umgebung. Die Infrarotspektromikroskopie an der SISSI-Bio-Beamline hingegen ermöglichte es uns, Peaks zu identifizieren, die mit den Schwingungen von Si-X zusammenhängen, wobei X Sauerstoff, Kohlenstoff oder Stickstoff sein kann. Die zurückgegebenen Karten von CO32−, die auf das Vorhandensein der kristallinen Form von CaCO3 zurückzuführen sind, zeigen eine gute Übereinstimmung mit der Si-X-Verteilung, was zeigt, dass beide μFTIR-Signale gemeinsam mit den Kokkolithen lokalisiert sind (Abb. 4). Insgesamt 246 μFTIR-Spektren, die mit mikrometrischer Auflösung an einzelnen Kokkolithen aufgenommen wurden, ergänzen die Ergebnisse zu Si-Signalen, die bei TwinMic mit nanometrischer Auflösung an einer kleineren Anzahl von Kokkolithen erhalten wurden (Tabelle 1). Die variable Intensität der CO32−- und Si-X-Karten und die μFTIR-Spektren einzelner Kokkolithen dokumentieren eine hohe Variabilität innerhalb derselben Probe (siehe IR-Spektren in Abb. 4).

Beispiele für mikroskopische Aufnahmen, CO32−- und Si-X-Karten, die mit der SISSI-Bio-Beamline an einzelnen Kokkolithen von H. carteri gesammelt wurden, die aus der monospezifischen Kulturprobe C1 (a) und den Fossilienproben F1 (b) und F2 (c) isoliert wurden. Einige der an den Strahllinien SISSI-Bio und TwinMic analysierten Kokkolithen sind durch rote Kreise hervorgehoben. Der Maßstabsbalken beträgt 50 μm. Die gemeldeten Spektren stammen von den Kokkolithen Nr. 1 und Nr. 2 und sind durch weiße Pfeile hervorgehoben. In den Spektren lässt sich die kristalline Form von CaCO3 der breiten Bande bei 1600–1300 cm−1 und dem Peak bei 865 cm−1 zuordnen; wohingegen die chemischen Bindungen von Si mit anderen Elementen an der Bande von 1200 bis 950 cm−1 mit einem Peak bei 1075 cm−1 erkennbar sind. Karten und Spektren wurden mit der Quasar-Software37 (https://quasar.codes/) erstellt.

Diese Studie zeigt zum ersten Mal die besondere Lokalisierung von Si sowohl in kultivierten als auch in fossilen Kokkolithen von H. carteri. Wir können jegliche Kontamination des Si-Signals aus Coccolithen ausschließen, da: (i) Probenträger und Probenhalter absichtlich Si-frei ausgewählt wurden (dh Mylar-Filme und Au-TEM-Gitter mit Formvar); (ii) Die Si-Konzentration des für das Kulturmedium verwendeten Meerwassers war niedrig (0,85 μM), auch wenn dies keine Einschränkung für das Kokkolithwachstum darstellte.13 Darüber hinaus wurde die Kulturprobe vor den Analysen gründlich gereinigt, um das Medium vollständig zu entfernen. (iii) Si wurde sowohl in kultivierten als auch in fossilen Proben nachgewiesen und ist daher wahrscheinlich nicht auf spezifische Medien (für die Kultur) oder einen Ablagerungs-/Post-Ablagerungsprozess (für die Fossilien) zurückzuführen. Bei den Fossilienproben können wir ausschließen, dass das Si-Signal auf das Vorhandensein von kolloidaler Kieselsäure zurückzuführen ist, da sie im Nordpazifik in keiner Tiefe der Wassersäule oder an der Wasser-Sediment-Grenzfläche aufgezeichnet wurden38.

Aufgrund der unterschiedlichen Instrumentierung und Einstellungen im Vergleich zu früheren synchrotronbasierten Studien zu Coccolithophoren konnten wir Si eindeutig nachweisen und seine Lokalisierung beschreiben. Tatsächlich führten Bottini et al.26 und Suchéras-Marx et al.28 RFA-Messungen in Luft im harten Röntgenbereich durch, indem sie eine Anregungsenergie von 17 keV verwendeten, weit entfernt von der Si-Absorptions-K-Kante, wodurch die Si-Detektion beeinträchtigt wurde (Tabelle 1). Für die Silizium-RFA-Photonendetektion ist ein Vakuum oder eine dünne Luftschicht zwischen Probe und Detektor erforderlich. Nur Suchéras-Marx et al.29 verwendeten einen Vakuumaufbau mit einer niedrigeren Einfallsenergie (7,5 keV) und identifizierten einige Si-Peaks in den Spektren fossiler Kokkolithen von Coccolithus pelagicus, H. carteri und Calcidiscus leptoporus, obwohl ihnen keine Beachtung geschenkt wurde Si, da sein Signal sehr schwach war (Tabelle 1). Hier lieferten sowohl RFA- als auch TwinMic-Strahllinien eine optimale Anregung für Si durch Anwendung niedrigerer Energien, näher an der K-Kante der Si-Absorption und auch unterstützt durch Vakuumbedingungen (Tabelle 1). Schließlich bestätigt die Erfassung eines charakteristischen Si-X-Signals mittels μFTIR, das aus den Spektren von 246 einzelnen Kokkolithen berechnet wurde, die sowohl aus kultivierten als auch aus fossilen Proben isoliert wurden, statistisch das Vorhandensein von Si in der mineralisierten Fraktion von H. carteri. Die hohe Anzahl einzelner Kokkolithen, die an den Strahllinien TwinMic und SISSI-Bio analysiert wurden, ermöglichte es zusammen mit dem bei SISSI-Bio durchgeführten statistischen Ansatz, die intraspezifische Variabilität hervorzuheben. Dies konnte in anderen Pilotstudien, in denen ein einzelner oder eine sehr kleine Anzahl von Kokkolithen analysiert wurde, nicht bewertet werden26,28,29 (Tabelle 1). Durch die Kombination der Daten konnten wir das Vorhandensein von Si sowohl in kultivierten als auch in fossilen Kokkolithen von H. carteri sowie seine Verteilung in den Kokkolithen von mikrometrischer bis nanometrischer Auflösung bei einer großen Anzahl von Kokkolithen, die noch nie zuvor analysiert wurden, insbesondere im Hinblick auf den Fossilienbestand, eindeutig identifizieren (Tabelle 1).

Die überraschende Entdeckung eines Si-Bedarfs in einigen Coccolithophor-Arten hat sofort die Frage nach der Funktion von Si in der Coccolithophor-Biologie aufgeworfen. Die bahnbrechende Studie von Durak et al.10 schlug eine Rolle von Si bei der Verkalkung vor. Obwohl dies nicht intuitiv ist, bestätigte eine nachfolgende Studie diese Schlussfolgerung, ließ jedoch die Frage nach der spezifischen Rolle von Si im vielschichtigen Verkalkungsprozess offen11. In jüngerer Zeit wurde vermutet, dass Si eine besondere Rolle bei der Formung von HET-Coccolith-Kristallen spielt. Daher hängt die normale HET-Coccolith-Morphogenese von Si in Si-benötigenden Arten wie S. apsteinii ab. Die Coccolith-Morphogenese im Allgemeinen und die Kristallisation/Kristallformkontrolle im Besonderen bleiben rätselhafte Prozesse39. Um den Mechanismus der Kokkolithogenese besser zu verstehen, ist es wichtig, Informationen über das Vorhandensein und die Verteilung von Nebenelementen sowie organischen Verbindungen in Kokkolithen zu erhalten14. Während die Verteilung der Nebenelemente im Allgemeinen hilfreich ist, ist die von Si besonders wichtig, da Si im Gegensatz zu anderen Nebenelementen wie Sr7 eine Rolle bei der Morphogenese von Si-benötigenden Arten spielt. Leider ist sehr wenig über das Vorkommen von Si in Kokkolithen und noch weniger über seine Verbreitung bekannt. Die hier präsentierten Daten zeigen deutlich, dass Si in Kokkolithen von H. carteri vorhanden ist. Obwohl wir den Si-Gehalt nicht quantifiziert haben, stellten wir fest, dass Si unterhalb der Nachweisgrenze der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS) liegt (Abb. S3). Diese Beobachtung stimmt gut mit anderen EDS40,41 und ICP-MS-Messungen überein, die zeigen, dass Si/Ca in C. leptoporus, C. braarudii und E. huxleyi im µmol/mol-Bereich liegt41. Der niedrige Si-Gehalt von Kokkolithen liefert wichtige Hinweise auf die Funktion von Si bei der Morphogenese. Anstatt ein struktureller Bestandteil von Coccolith-Calcit zu sein, scheint Si eine modifizierende Rolle zu spielen13. Es ist unbekannt, welche Komponente der morphogenetischen Maschinerie Si verwendet. Diese Komponenten sind die Kontrolle der Keimbildung durch ein organisches Templat und die Kontrolle des Kristallwachstums42. Letzteres wird durch anorganisches Kristallwachstum, Zytoskelettzug und Wechselwirkung der wachsenden Kristalle mit Coccolith-assoziierten Polysacchariden (sogenannten CAPs) oder anderen organischen Molekülen erreicht. Basierend auf einer detaillierten Analyse von Ge-induzierten Coccolith-Fehlbildungen wurde der Zielprozess der Si-Wirkung auf die Kontrolle des Kristallwachstums eingegrenzt13. Es gibt auch morphologische Hinweise gegen eine Si-Zytoskelett-Wechselwirkung, da Ge-spezifische Missbildungen als Reaktion auf die Behandlung mit Zytoskelett-Inhibitoren nicht beobachtet werden13,43. Daher ist eine Rolle von Si bei der CAP- oder Proteinfunktion innerhalb von Coccolith-Vesikeln (Intra-CV) am plausibelsten. Bei S. apsteinii, einem nahen Verwandten von H. carteri, scheint der Si-Bedarf auf bestimmte Stadien des Lopadolith-Wachstums beschränkt zu sein13.

Wenn Si in bestimmten Stadien des Kokkolithwachstums eine besondere Rolle spielt, ist eine ungleichmäßige Verteilung innerhalb des Kokkolithen zu erwarten. Wir beobachten tatsächlich eine solch ungleichmäßige Verteilung von Si in H. carteri. Im Durchschnitt ist eine höhere Si-Konzentration entlang des Randes des Flansches und der proximalen Platte sowie der zentralen Axiallinie nachweisbar (Abb. 3a).

An dieser Stelle ist es hilfreich, die Biomineralisierung von Coccolithophoren mit der von extrazellulären Kalkbildnern wie Foraminiferen und Weichtieren zu vergleichen. Letztere zeichnen sich durch ein gut beschriebenes Schichtwachstum aus, das zu einer ungleichmäßigen Verteilung von organischem Material und Nebenelementen führt25. Die ungleichmäßige Verteilung der Nebenelemente weist ein charakteristisches Streifenmuster in Bezug auf die Wachstumsschichten auf. Dieses Streifenmuster weist nicht auf eine spezifische Rolle eines Nebenelements bei der Morphogenese hin, sondern ist größtenteils das zufällige Nebenprodukt verschiedener Fraktionierungsschritte, die an der Bildung von Wachstumsschichten beteiligt sind. Im Gegensatz dazu geht man davon aus, dass die Coccolithophor-Biomineralisierung über einen grundlegend anderen Mechanismus abläuft. Es wird angenommen, dass das Kristallwachstum nach kontrollierter Keimbildung auf der Grundplatte auf anorganische Weise abläuft, modifiziert durch Formkontrolle durch das Zytoskelett und organisches Material innerhalb des CV, hauptsächlich CAP42. Es ist nicht zu erwarten, dass dieser Wachstumsmechanismus ein Bandenmuster für kleinere Elemente erzeugt14. Aktuelle prozessbasierte Fraktionierungsmodelle sagen stattdessen eine gleichmäßige Verteilung der Nebenelemente voraus44,45,46. Eine Modifikation dieser Modelle zur Berücksichtigung einer ungleichmäßigen Verteilung ist möglich, erfordert jedoch weitere Annahmen7.

Die hier berichtete Verteilung von Si in H. carteri weicht deutlich sowohl von einer gleichmäßigen Verteilung als auch von einem Streifenmuster ab. Aus der beobachteten Si-Anreicherung in bestimmten Teilen des Kokkolithen können zwei wichtige Schlussfolgerungen gezogen werden. Erstens folgt Si nicht einfach dem Transportweg anderer Ionen, sondern verfügt über ein eigenes Transportsystem, das die gezielte lokale Si-Anreicherung ermöglicht. Zweitens müssen prozessbasierte Fraktionierungsmodelle, die den Si-Einbau beschreiben, dieses Si-Transportsystem einbeziehen und einen Weg finden, die beobachtete Si-Verteilung zu erklären. Dieser gezielte Si-Transport stützt die Annahme, dass Si in bestimmten Stadien des Kokkolithwachstums in H. carteri eine Rolle spielt.

Da unser Ansatz das Si-Signal nur in der x-y-Ebene (Abschirmungsebene) des Kokkolithen auflöst und das Signal entlang der z-Achse (senkrecht zur Abschirmungsebene) integriert, können wir Si nicht auf der z-Achse lokalisieren. Folglich wissen wir nicht, ob Si gleichmäßig entlang der z-Achse verteilt ist. Im Klartext bedeutet dies, dass sich Si im Kristallgitter oder im organischen Material oder in beiden befinden könnte. Diese Optionen werden auch durch die Si-Bindung an C, O oder N gestützt, wie aus unseren Infrarotdaten hervorgeht. Bitte beachten Sie, dass unsere Interpretation, dass Si in bestimmten Stadien der Coccolith-Bildung eine Rolle spielt, allein auf seiner ungleichmäßigen Verteilung in der Schildebene beruht. Für unsere Schlussfolgerung ist die genaue Nanolokalisierung von Si irrelevant. Es wäre jedoch hilfreich zu wissen, ob sich Si im Calcitgitter oder in organischem Material befindet, da dieses Wissen weitere Hinweise auf den genauen Wirkungsmechanismus von Si bei der Morphogenese liefern würde. Hier liefern wir Beweise, die die Idee stützen, dass Si eine Rolle bei der Morphogenese spielt und dass diese Rolle möglicherweise auf bestimmte Stadien des Coccolith-Wachstums beschränkt ist.

Die Entdeckung von Si in fossilen Kokkolithen zeigt, dass dieses Element im Laufe der Zeit nicht leicht entfernt werden kann und sogar in den geologischen Aufzeichnungen identifiziert werden kann. In unseren Fossilienproben ist die räumliche Verteilung weniger regelmäßig, was auf das Vorhandensein bevorzugter Konzentrationspunkte hinweist (Abb. 3b, c). Letzteres könnte auf den Einfluss von Fossilisierungs- und Sedimentationsprozessen zurückzuführen sein, die die Erhaltung der Kokkolithen geringfügig beeinträchtigen. Genauer gesagt, da die Fossilienproben F1 und F2 aus jungen (vor 118.000 bzw. 138.000 Jahren19) und halbkonsolidierten Sedimenten stammen, die in den ersten 1,5 m unter dem Meeresboden gebohrt wurden47, können die auf Kokkolithen wirkenden Prozesse hauptsächlich auf Folgendes zurückgeführt werden: (i) Biostratinomie, die die Trennung der Coccolithen von der Zelle, ihre Ausbreitung in der Wassersäule, die Ansammlung in den Sedimenten und die Versteinerung umfasst; (ii) und Prädiagenese, die hauptsächlich als chemische Carbonatauflösung für die untersuchten Proben erkennbar ist. Zwischen den beiden Fossilienproben liefert F2 LEXRF-Karten, die eher mit C1 als mit F1 vergleichbar sind (Abb. 3b, c; S2b, c). Dieser Beweis könnte mit der Karbonatauflösung zusammenhängen, von der zuvor dokumentiert wurde, dass sie in F1 stärker ist als in F248 (Abb. 1b – g), obwohl die Gesamtkonservierung der Fossilienansammlungen im Durchschnitt sehr gut ist19,47,48.

Trotz der fleckigen Konzentration von Si in den Fossilienproben ähnelt seine Verteilung dennoch der der kultivierten Kokkolithen, da die Hotspots hauptsächlich entlang des Flansches, der Ränder und der Mittelachse lokalisiert sind (Abb. 3b, c). Unsere Hypothese, dass Si an organische Komponenten gebunden sein könnte, bleibt plausibel, da CAPs in fossilen Kokkolithen bis zu 70 Ma49 gefunden werden können und das Vorhandensein von Aminosäuren auf versteinerten Kokkolithen von C. leptoporus aus der Zeit vor 470.000 Jahren dokumentiert wurde50. In der vorliegenden Studie ist unsere älteste Probe auf 138.000 Jahre datiert, also nicht alt genug, aber Si-RFA-Karten von versteinerten Kokkolithen, die älter als 70 Ma sind, sind geplant und werden sich hier als hilfreich erweisen, um die Si-CAPs-Bindungshypothese zu verifizieren. Wenn letzteres zutrifft, ist es möglich, dass in H. carteri Si, also CAPs, stärker auf dem Flansch konzentriert sind, wo viele Kristalle den komplexen äußeren Teil bilden, wohingegen der zentrale Bereich, der aus größeren und weniger zahlreichen Kristallen besteht22, weniger Silizium enthält. Bezüglich der Si-Protein-Bindung gibt es bis heute keine Hinweise auf die Erhaltung von Proteinen oder Aminosäuren in Kokkolithen vor mehr als 470.000 Jahren50, anders als bei anderen biomineralisierten fossilen Organismen51.

Unsere Daten zeigen durch einen innovativen Multitechnik-Ansatz das Potenzial der Synchrotron-Röntgenfluoreszenz- und Infrarot-Spektromikroskopie zur Identifizierung des Vorhandenseins und der Lokalisierung von Si sowohl in kultivierten als auch versteinerten Kokkolithen. Die hohe Anzahl der analysierten einzelnen Coccolithen macht unsere Ergebnisse statistisch belastbar, wie es in Coccolithophor-Studien noch nie zuvor erreicht wurde. Wir dokumentieren zum ersten Mal, dass Si in den Kokkolithen der Art H. carteri ungleichmäßig verteilt ist, wobei der Flanschrand, die proximale Platte und die zentrale Axiallinie mit Si angereichert sind. Diese Verteilung lässt sich am besten durch eine spezifische Rolle von Si in bestimmten Stadien des Coccolith-Wachstums erklären. Unsere Daten ermöglichen keine präzise Nanolokalisierung von Si entlang der z-Achse (senkrecht zur Schildebene) und wir können auch nicht ableiten, ob sich Si im Calcitgitter oder im organischen Material befindet, das Teil des Kokkolithen ist. Zukünftige Studien sollten darauf abzielen, diese Fragen zu beantworten, da sie einen Einfluss auf den genauen molekularen Mechanismus der Si-Wirkung haben.

Dieses Wissen ist auch für die Entwicklung von Si-Fraktionierungsmodellen von zentraler Bedeutung. Ein solches mechanistisches Verständnis wiederum dürfte unser Wissen über Biomineralisierung im Allgemeinen und das Kristalldesign für biomimetische und technologische Anwendungen erheblich erweitern. Ein mechanistisches Verständnis ist auch erforderlich, um die Ökophysiologie mariner Kalkbildner zu beurteilen, und dies wird es uns schließlich ermöglichen, bessere Vorhersagen über ihr Schicksal unter dem Klimawandel zu treffen.

Die hier analysierten fossilen Überreste von Helicosphaera carteri stammen aus marinen Tiefseesedimenten, die am Standort 1209B des Ocean Drilling Program (ODP) gesammelt wurden und in einer Wassertiefe von 2387 m auf dem Shatsky Rise gebohrt wurden, einem Meeresplateau 1600 km östlich von Japan ( Nordwestpazifik). Die Sedimentabfolge besteht aus nannofossilen Schlicken, also fossilen Überresten von Coccolithophoren, mit einigen anderen Nebenbestandteilen wie Foraminiferen, Kieselalgen, Radiolarien und Ton47. Aus dieser Sequenz wurden zwei Proben ausgewählt: Probe F1 wurde 1,1 m unter dem Meeresboden (mbsf) gebohrt, während des letzten interglazialen Intervalls namens Marine Isotope Stage (MIS) 5 abgelagert und vor 118.000 Jahren datiert19; Probe F2 wurde bei 1,4 mbsf aus der vorangegangenen Eisphase MIS 6 (datiert vor 138.000 Jahren)19 entnommen. Am Institut für Biologie (Universität Pavia) wurden nach Bordiga et al.52 einzelne Kokkolithen von H. carteri mit einem Mikromanipulator Olympus IX71 einzeln aus dem Sediment gepflückt. Die großen Kokkolithen von H. carteri machten den Pflückvorgang einfacher. Für synchrotronbasierte Messungen wurden mindestens 100 Kokkolithe pro Probe auf einem Au-TEM-Gitter mit Formvar-Schicht platziert, um an den Strahllinien TwinMic und SISSI-Bio analysiert zu werden, während weitere 100 Kokkolithe zur Analyse zwischen zwei Schichten Mylar-Folie abgelegt wurden RFA-Strahllinie. Die Erhaltung und Struktur des Kokkolithen wurde durch die Aufnahme von Mikroaufnahmen mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) Tescan Mira 3XMU am CISRic-Labor „Arvedi“ der Abteilung für Geo- und Umweltwissenschaften (Universität Pavia) untersucht.

Monoklonale Kulturen der Art Helicosphaera carteri (Stamm RCC1323 aus der Roscoff Culture Collection) wurden im B-Medium (cosmi.ogs.it/node/7) gezüchtet, das aus natürlichem Meerwasser gewonnen wurde, das im Golf von Triest (nördliche Adria, Italien) gesammelt wurde ) nach Filtration durch Durapore-Membranfilter mit einer Porengröße von 0,22 μm (Millipore), Autoklavieren und Ergänzung von Nährstoffen (Nitrat und Phosphat), Metallen und Vitaminen. Der natürliche Gehalt an Silizium im gesammelten Meerwasser betrug 0,825 μmol L−1 [M. Kralj, persönliche Mitteilung], nahe dem Wert < 1,6 μmol L−1, gemessen an einer Station in der Nähe des ODP-Standorts 120953. Die Experimente wurden in 2,5L-Photobioreaktoren (Kbiotech) durchgeführt, die von der BioFlex-Software am National Institute of Oceanography gesteuert wurden und Angewandte Geophysik (OGS) in Triest. Die für MIS 554,55 dokumentierten Umgebungsbedingungen wurden während des Experiments reproduziert, indem die folgenden Parameter stabil gehalten wurden: CO2 290 ppm, Temperatur 19 °C, Salzgehalt 35 PSU, Lichtbestrahlungsstärke 100 µmol m−2 s−1 und Hell/Dunkel-Zyklus von 12:12 Uhr, was das Tag/Nacht-Breitenregime für die hier im Fossilienbestand untersuchte subtropische Stätte 1209 nachahmt. Ein Flügelrad mit geneigten Schaufeln sorgte für die Rührung der Kultur. Der Stamm wurde vor der Inokulation zwei Wochen lang an die Versuchsbedingungen gewöhnt. Zur statistischen Relevanz wurden drei unabhängig gewachsene Replikate durchgeführt. Wie von La Roche et al.56 vorgeschlagen, wurden Kokkosphären während der Exponentialphase, aber immer noch mit geringer Zelldichte (≤ 10.000 Zellen mL−1) entnommen, um eine signifikante Veränderung des gelösten anorganischen Kohlenstoffs (DIC) im Medium und eine starke Verschiebung zu verhindern des mittleren pH-Wertes. Kokkolithen wurden von den Zellen durch Zugabe einer 1 %igen Lösung aus gepuffertem MilliQ und Triton getrennt. Für die abschließende Probenreinigung wurden drei Spülungen mit MilliQ, gepuffert mit Ammoniak (10 %, pH ≥ 10), durchgeführt, um eine Auflösung zu verhindern. Für Analysen in den Synchrotronanlagen wurde ein Aliquot der Coccolith-Suspension auf ein Au-TEM-Gitter mit Formvar-Schicht gelegt, während ein weiterer dichterer Aliquot zwischen zwei Mylar-Filmen abgelagert wurde. Alle aus dem Kulturexperiment stammenden Proben sind mit C1 gekennzeichnet. Die Kokosphären- und Kokkolith-Mikroaufnahmen wurden mit SEM Tescan Mira 3XMU im CISRic-Labor „Arvedi“ der Abteilung für Geo- und Umweltwissenschaften (Universität Pavia, Italien) gesammelt. Das SEM war außerdem mit dem EDAX EDS-Detektor ausgestattet, um Analysen mittels energiedispersiver Spektroskopie (EDS) an einem Kokkolithen aus C1 zum Nachweis des Siliziums durchzuführen. Die EDS-Messungen wurden mit der EDAX Spectrum Viewer-Software (https://www.edax.com/support/spectrum-viewer) verarbeitet.

Röntgenfluoreszenz ist eine Multielementtechnik, die die räumliche Verteilung chemischer Elemente ermittelt. In dieser Studie wurden sowohl kultivierte als auch fossile Kokkolithen an der RFA-Beamline von Elettra Sincrotrone Trieste (Italien) untersucht57. Insbesondere deckt die RFA-Strahllinie den Energiebereich von 2 bis 14 keV ab und ermöglicht die Erkennung von Elementfluoreszenz-K-Linien von Na bis Br (und L-Linien bis Po) mit einer lateralen räumlichen Auflösung von > 20 µm (Tabelle 1). Für Analysen an der RFA-Strahllinie wurden sowohl die Fossilien- als auch die Kulturproben zwischen zwei Schichten Mylar-Folie gelegt, mit einem Delrin-Verriegelungsring versiegelt und auf einem speziellen Al-Probenhalter befestigt. Die Mylar-Folien bestehen aus Polyethylenterephthalat und enthalten daher kein Silikon. Die Messungen wurden mit dem Mehrschichtmonochromator mittlerer Energie (ME) zur Erfassung von Karten mit mikrometrischer Auflösung und einer einfallenden Strahlenergie von 5 keV durchgeführt (Tabelle 1). Abhängig von der Probenfläche wurde eine unterschiedliche Strahlgröße an den Austrittsspalten im Bereich von 200 × 200 µm2 bis 20 × 20 µm2 und mit einer standardmäßigen 45°/45°-Geometrie für Messungen im Fluoreszenzmodus unter Verwendung eines XFlash 5030 Silicon Drift Detector ( SDD)-Detektor (Bruker, Berlin, Deutschland). Die Verunreinigung durch Harmonische höherer Ordnung wurde durch ein Paar paralleler Planspiegel unterdrückt, die den Strahl im streifenden Einfall abfingen. Alle RFA-Spektren wurden mit dem PYMCA-Softwarepaket36 (https://pymca.sourceforge.net/) verarbeitet.

MicroRFA-Analysen wurden an der TwinMic-Beamline bei Elettra Sincrotrone Trieste (Italien)58 durchgeführt, die im Energiebereich von 0,4–2,2 keV arbeitet (Tabelle 1). Sowohl Fossilien- als auch Kulturproben wurden auf Au-TEM-Gittern abgelagert, die mit einem Formvar-Film bedeckt waren, der eine außergewöhnliche Strahlungstoleranz aufweist und silikonfrei ist. Insgesamt wurden 13 Niederenergie-RFA-Karten (LEXRF) einzelner H. carteri-Kokkolithen gesammelt (5 für C1, 4 für F1 und 4 für F2) für etwa 100 Stunden Analyse (ca. 8 Stunden pro Kokkolith). Die ausgewählten 13 Kokkolithen sind eine Teilmenge der Kokkolithen, die mittels Infrarotspektromikroskopie an der SISSI-Bio-Beamline analysiert wurden, was einen direkten Vergleich derselben Kokkolithen ermöglicht. Um mögliche Strahlenschäden durch weiche Röntgenstrahlen zu vermeiden, wurden die Kokkolithen zunächst an der SISSI-Bio-Beamline gemessen, da die Infrarot-Spektromikroskopie (IR) nicht schädlich und markierungsfrei ist. Durch die Anwendung dieser beiden Analysetechniken können wir ergänzende Informationen liefern, die es uns ermöglichen, einen umfassenderen Überblick über die Chemie der Probe zu erhalten. In den vorliegenden Experimenten wurde das TwinMic-Mikroskop im Rastertransmissionsmodus mit einer einfallenden Strahlenergie von 1,92 keV betrieben, um eine optimale Anregung von Silizium zu erreichen. Eine beugungsoptische Au-Zonenplatte mit 600 µm Durchmesser und einer 50 nm dicken äußersten Zone erzeugte einen Strahl mit 350 nm Durchmesser, der senkrecht auf die Probenebene einfiel. Die Kokkolithen wurden mit einer Schrittgröße von 300 nm über die Mikrosonde rasterabgetastet. Für jedes Pixel im Rasterscan sammelte eine CCD-Kamera mit schneller Auslesung die durchgelassenen Röntgenphotonen und erzeugte Absorptions- und Phasenkontrastbilder, die die Morphologie des Coccolithen darstellten. Gleichzeitig erfassten 8 SDDs, die sich in einem Winkel von 20° zur Probenebene und 28 mm von der Probe entfernt befanden, die von der Probe emittierten RFA-Photonen und erstellten RFA-Elementarkarten mit nanometrischer räumlicher Auflösung. Alle RFA-Spektren wurden verarbeitet und stapelweise mit dem PYMCA-Softwarepaket36 (https://pymca.sourceforge.net/) angepasst.

Dieselben Proben C1, F1 und F2, die auf Au-TEM-Gittern abgeschieden wurden, wurden an der Strahllinie der Synchrotron-Infrarotquelle für Spektroskopie und Bildgebung (SISSI-Bio) bei Elettra Sincrotrone Trieste (Italien)59 gemessen, bevor sie bei TwinMic weichen Röntgenstrahlen ausgesetzt wurden Strahllinie. Wenn beide Röntgenstrahllinien eine chemische Charakterisierung auf elementarer Ebene ermöglichen, liefert die Analyse bei SISSI-Bio Daten der Fourier-Transformations-Infrarotspektromikroskopie (µFTIR), die Informationen auf molekularer Ebene liefern und die in der Probe vorhandenen chemischen Einheiten identifizieren können. Photonen im mittleren Infrarotbereich (4000–400 cm−1, 0,496–0,0496 eV) haben Energien, die denen der üblichen kovalenten Bindungen in organischen Proben wie C–O, N–O, C–H, N entsprechen –H, P–O, C–N, aber auch für einige anorganische kovalente Bindungen wie Al–O, Si–O, Fe–O, Si–N, Si–H. Im Allgemeinen handelt es sich bei der FTIR-Spektroskopie um eine Massentechnik, die durchschnittliche chemische Informationen über große Bereiche liefert. Dank der Helligkeit der Synchrotronstrahlung ist es jedoch möglich, den Infrarotstrahl (IR) an der Beugungsgrenze zu fokussieren, d. h. bei einigen Mikrometern für das mittlere Infrarot (MidIR)-Regime und zum Sammeln von Spektren einzelner Kokkolithen. Da es sich außerdem um ein Breitbandverfahren handelt, kann für jeden Punkt der gesamte Bereich gleichzeitig registriert werden. Durch den Wechsel von der Spektromikroskopie zur Fourier-Transformation-IR-Bildgebung war es dann möglich, hyperspektrale Infrarotbilder der Verteilung spezifischer chemischer Spezies innerhalb der untersuchten Probe zu erfassen. Durch die Kombination der mit den beiden Modalitäten erfassten Daten ist es möglich: (i) die interessierenden Banden mit dem spektroskopischen Ansatz von jedem einzelnen Kokkolithen zu identifizieren und (ii) durch Integration dieser Signale Bilder der chemischen Verteilung innerhalb der Kokkolithen zu erhalten. Spektren von einzelnen Kokkolithen wurden mit dem VIS-IR-Mikroskop Hyperion 3000 (Bruker Optics, Billerica, Ma, USA) in Verbindung mit einem VERTEX 70 V-In-Vakuum-Interferometer (Bruker Optics, Billerica, Ma, USA) unter Verwendung von Synchrotron-IR-Emission gesammelt ( SRIR) als Quelle und ein 100-µm-MCT-Detektor (Quecksilber-Cadmium-Tellurid) und durchschnittlich 512 Scans mit einer spektralen Auflösung von 4 cm−1 im Transmissionsmodus, d. h. das Licht durchdringt die gesamte Dicke der Probe und wird dann vom gemessen Detektor. Es wurde ein 15X Cassegrain-Objektiv-Kondensor-Paar verwendet und die Durchsichtsöffnungen wurden auf 10 × 10 µm eingestellt, um das Signal von Einzelpersonen zu sammeln. Die Proben wurden auch mit einem 64 × 64 zweidimensionalen Array-Detektor (FPA, Focal Plane Array) durch die gleiche Optik (15X, auch im Transmissionsmodus) abgebildet, also mit einer Pixelgröße von 2,62 µm über eine Fläche von 167 × 167 µm. Die Daten wurden mit OPUS 8.5 SP1 (Bruker Optics, Billerica, Ma, USA) hinsichtlich Wasserdampf korrigiert und dann mit der QUASAR-Software37 (https://quasar.codes)57 analysiert. Bandintegrale wurden im Bereich von Calciumcarbonat (1800–1700 cm–1 und 1600–1300 cm–1) und Silikat/Phosphaten (1200–1000 cm–1) berechnet. Zur Erstellung von Spektralkarten wurden die gleichen Spektralbereiche verwendet. Die chemischen Verteilungskarten von CO32− wurden durch Integration der 1600–1300 cm−1 breiten Bande und des Peaks bei 865 cm−1 erstellt, die auf das Vorhandensein der kristallinen Form von CaCO360 zurückzuführen sind. Die für die chemischen Si-Bindungen mit anderen Elementen repräsentativen Karten werden aus der Integration einer zweiten Bande von 1200 bis 950 cm-1 mit einem Peak bei 1075 cm-1 abgeleitet, die vielfältige Ursachen haben kann: von C-O-C-Schwingungen aus Kohlenhydrate30, zur Schwingung von Phosphaten32, zu Silikatschwingungen60 und einige sogar zu Strontiumcarbonat61. Diese Zuordnungsschwierigkeit kann durch die Unterstützung der beiden anderen RFA-Techniken überwunden werden. Insgesamt wurden 246 Kokkolithen analysiert: 97 für die Probe C1, 50 für F1 und 99 für F2. Eine solche Menge an Infrarotspektraldaten von einzelnen Kokkolithen wurde noch nie zuvor erreicht, insbesondere bei fossilen Proben (Tabelle 1).

Alle zur Bewertung der Schlussfolgerungen dieser Arbeit erforderlichen Daten sind im Papier und/oder in den Zusatzinformationen enthalten.

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Nationales Institut für Ozeanographie und Angewandte Geophysik-OGS, Via Auguste Piccard 54, 34151, Triest, Italien

M. Bordiga, F. Cerino, M. Cabrini und A. Beran

Abteilung für Geo- und Umweltwissenschaften, Universität Pavia, Via Ferrata 1, 27100, Pavia, Italien

M. Bordiga, C. Lupi, M. Cobianchi und A. Di Giulio

ICTA, Autonome Universität Barcelona (UAB), 08193, Bellaterra, Spanien

G. Langer

Elettra-Sincrotrone Trieste, Strada Statale 14, km 163,5 im Area Science Park, 34049, Triest-Basovizza, Italien

A. Gianoncelli, G. Birarda, S. Pollastri, V. Bonanni, DE Bedolla, L. Vaccari und G. Gariani

AREA Science Park, Padriciano 99, 34149, Triest, Italien

DE Bedolla

Abteilung für Biologie und Biotechnologien „Lazzaro Spallanzani“, Universität Pavia, Via Ferrata 9, 27100, Pavia, Italien

M. Zuccotti, G. Fiorentino, M. Zanoni und S. Garagna

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MB und CL konzipierten die Studie, wählten die Stichprobe aus und verfassten den ersten Entwurf; MB führte das Experiment und die Probenvorbereitung durch; GL trug zur Datendiskussion und endgültigen Interpretation bei; AG, VB und GG führten die Röntgenfluoreszenzmessungen an der TwinMic-Beamline durch; GB, DEB und LV führten die IR-Analysen an der SISSI-Bio-Beamline durch; SP führte die Röntgenfluoreszenzmessungen an der RFA-Strahllinie durch; FC, MC und AB trugen zum Versuchsplan bei; M. Zanoni führte die Coccolith-Isolierung durch; FC, M.Zuccotti, GF und SG trugen zur Datendiskussion bei; MC und A.DG. gab eine kritische Rezension. Alle Autoren haben zum endgültigen Entwurf beigetragen.

Korrespondenz mit C. Lupi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Bordiga, M., Lupi, C., Langer, G. et al. Unerwartete Siliziumlokalisation im Calciumcarbonat-Exoskelett kultivierter und fossiler Coccolithophoren. Sci Rep 13, 7417 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34003-3

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Eingegangen: 23. Dezember 2022

Angenommen: 22. April 2023

Veröffentlicht: 07. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34003-3

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