Minerály a horniny Slovenska      :: prepni na celú stránku

Slnko prebúdza koraly do dennej stavebnej šichty
zdroj: www.osel.cz
pridané: 21.9.2008

Koraly sú pradávne, rozmanité, nádherné a tajomné. Vyvinuli sa pred viac ako pol miliardou rokov a patria medzi organizmy, ktoré najviac ovplyvnili vývoj na Zemi. Premieňajú „nebezpečný“ kysličník uhličitý na belostné vápencové útesy. Stavebnú činnosť koralov riadi zaujímavý mechanizmus, ktorý podlieha režimu svetla a tmy.

Zvětšit obrázek

Útesotvorný koral druhu Stylophora pistillata. Jeho výskum poodhalil tímu Aurélie Moya záhadu denného režimu týchto polypov. Kredit: Andreas Heinz

V zložitej a nepríťažlivej databáze biologickej systematiky nájdeme viac ako 6000 doposiaľ známych druhov koralov v zásuvke s názvom kmeňa pŕhlivce (žahavce, Cnidaria), triedy koraly, alebo koralovce (korálnatci, Anthozoa), pričom slovenský názov závisí (ako sa to už v systematike občas stáva) od presvedčenia toho-ktorého autora.

V reálnom fascinujúcom morskom svete sa jednotlivé druhy koralov prispôsobili rôznym podmienkam – aj väčším hĺbkam, či chladnejším vodám, no prevažnej väčšine vyhovujú plytké (do 50 – 60m), čisté a teplé pobrežné vody v zemepisných šírkach do 30 stupňov od rovníka. K podkladu pevne uchytené polypy si pri mnohých druhoch postupne budujú nové uhličitanové schránky (exoskelet) na tých predchádzajúcich, až po dlhom čase vznikajú veľké členité útvary biogénneho vápenca.

Zvětšit obrázek

Polyp koralu Stylophora pistillata pod mikroskopom. Bodky v chápadlách sú jednobunkové endosymbiotické riasy. Kredit: Jonathan Erez, Ph.D

Vytvára sa tak jedinečný, krásou podmaňujúci ekosystém prekypujúci bohatstvom farebne a tvarovo rozmanitých druhov a  foriem morskej fauny. Teplé šelfové vody však nie sú bohaté na kyslík a živiny, napriek tomu početné druhy  koralov v nich prosperujú, často v obrovských kolóniách. Uzavreli totiž zmluvu o obojstranne výhodnom spolužití s jednobunkovými fotosyntetizujúcimi riasami z kmeňa panciernatiek (obrněnek, Dinophyta, Dinozoa, Dinoflagellata), ktoré žijú endosymbioticky  priamo v telách polypov. Za tento bezpečný podnájom s plnou penziou v podobe odpadových metabolických látok buniek hostiteľa (dusičnany, fosfáty, CO2) platia viac ako polovicou svojich produktov fotosyntézy – kyslíkom, cukrami a lipidmi. Tento zdroj živín koraly dopĺňajú lovom planktónu, ktorý im prúdy priplavia do dosahu malých chápadiel. Potrebujú totiž pre tvorbu exoskeletu energiu navyše. Produkujú uhličitan vápenatý – CaCO3, konkrétne jednu z jeho dvoch kryštalických foriem – aragonit.

Keďže u niektorých druhov vznikajú nové schránky na tých predchádzajúcich, útvar postupne narastá. Pri rýchlosti niekoľko milimetrov za rok (maximálne asi 2 cm a úplne výnimočne až 4 cm za rok) sa počas dlhých, tisíc až státisícročí vytvárajú rozsiahle koralové útesy, bariéry, či atoly s celkovou súčasnou rozlohou takmer 250 tisíc kilometrov štvorcových. A aj keď nemáme more, máme aspoň zvyšky pradávnych koralových útesov, ktoré sú dnes súčasťami pohorí. V Česku sú napríklad v Barrandiéne pri Koněprusoch (paleozoikum), na Morave v Moravskom krase (paleozoikum), pri moravskom Štamberku (vrchná jura), či na Slovensku pri Dobšinej (paleozoikum), v Bielych Karpatoch (strednojurske vršatecké vápence), alebo v Strážovských vrchoch (paleogénne hričovské vápence).

Plytkovodné koraly v noci odpočívajú

Mnohé pozorovania a laboratórne experimenty odhalili, že polyp buduje cez deň svoju schránku oveľa rýchlejšie. Prečo to tak je a ako to prebieha? Odpoveď vedci hľadajú už viac ako polstoročie.

Stavba koralu. Mouth – ústny otvor, tentacles – chápadlá, gonades – pohlavné orgány, kde sa tvoria gaméty (vajíčka a spermie). Koraly sa rozmnožujú aj nepohlavne klonovaním, ale aj pohlavne, vytváraním gamét, ktoré jednotlivé druhy vypúšťajú do vody spoločne. Na obrázku je vidieť, že nový skelet vytvára len spodná časť polypu. Zdroj: web stránka

Pred týždňom uverejnil časopis Journal of Biological Chemistry článok, ktorý aspoň čiastočne objasňuje mechanizmus tohto denného cyklu biomineralizácie. Monacko - taliansky výskumný tím pod vedením Aurélie Moya odhalil funkciu génu, ktorý sa na ňom podieľa. Pretože skúmali druh útesotvorného koralu Stylophora pistillata a gén, ktorý produkuje enzým karbonickú anhydrázu (karboanhydrázu, carbonic anhydrase = CA), gén sa označuje ako STPCA. K pochopeniu, ako denné variácie v stavebnej činnosti koralov a gén navzájom súvisia, vedie odbočka k funkcii enzýmu, ktorý kóduje.

Životne dôležitý enzým

Kysličník uhličitý sa pomaly rozpúšťa vo vode, pričom vzniká slabá kyselina uhličitá: CO2 + H2O → H2CO3  (disociovaná vo vodnom prostredí zväčša na ióny HCO3- + H+).  Karbonická anhydráza  je zinok obsahujúci enzým, ktorý ako katalyzátor veľmi účinne urýchľuje túto reakciu. Zväčšuje polarizáciu molekuly vody a uľahčuje molekule kysličníka CO2 naviazať sa na hydroxidový anión OH-. V podaní chemických vzorcov činnosť anhydrázy znázorňuje rovnica:  

H2O + CO2  <=> HCO3- + H+  

Reakcia je vratná a smer, ktorým prebieha závisí od kyslosti, teda od pH prostredia. Ak je roztok kyslý (pH menšie ako 7) a vodíkové katióny prevládajú, dochádza za výdatnej spolupráce enzýmu opäť k rozkladu na vodu a kysličník uhličitý, až sa dosiahne rovnováha zodpovedajúca vonkajším podmienkam. Karbonická anhydráza je pre všetky žijúce a metabolizujúce organizmy kľúčová, pretože sa podieľa na prenose kysličníka uhličitého a iónov vo fyziologických a biochemických procesoch. Samozrejme, potrebujú ju aj bunky polypu a aj bunky jeho symbiotických rias. Tu však má aj ďalšiu, zaujímavú funkciu, ktorá spôsobuje, že jej produkcia narastá v noci na dvojnásobok.

Na povrchu chápadiel polypu sa nachádza množstvo mikroskopických katapultujúcich pŕhlivých bičíkov ukrytých v špeciálnych kapsulách – nematocystoch. Ak sa senzory mechanicky, alebo chemicky stimulujú, pod veľkým tlakom sa jed obsahujúce vlákno prekvapujúcou rýchlosťou vymrští do tela obete. Zdroj: web stránka

Keď ráno slnko zaženie tmu

Už vieme, že skelet koralu je z aragonitu, teda z uhličitanu vápenatého – CaCO3. Preto na stavebné práce potrebuje polyp vodu, kysličník uhličitý, vápnik a spomínaný enzým – karbonickú anhydrázu, aby podporila rozpúšťanie kysličníka uhličitého. Reakcia prebieha smerom H2O + CO2  => HCO3- + H+.  Vznikajúci vodík absorbuje proces fotosyntézy symbiotických rias a tak sa nezvyšuje kyslosť v prostredí koralu, práve naopak, počas dňa je v jeho okolí mierne zásadité prostredie. Acidita by bola nebezpečná nielen pre samotnú uhličitanovú schránku, ale obrátila by aj smer reakcie. Ďalšia nevyhnutná ingrediencia, kysličník uhličitý vzniká pri metabolickom procese buniek polypu, ale môže ho produkovať samotná tvorba nového skeletu:

Ca2+ + 2 HCO3 => H2O + CaCO3 + CO2. Okrem tvorby vápencovej schránky ho koral potrebuje aj pre fotosyntézu rias.

Ešte nám chýba vápnik. Získavajú ho z morskej vody špeciálne bunky (calicoblast) na povrchu tela polypu. Zohnali sme teda všetky prísady do malty, našli spôsob, ako sa zbaviť nebezpečného odpadu v podobe vodíkových radikálov, proces kalcifikácie môže prebiehať.

Keď večer slnko ustúpi tme

Lenže v noci aj u rias namiesto fotosyntézy dochádza k spaľovaniu uhľovodíkov. A kysličník uhličitý, ako metabolický produkt sa hromadí, vylučujú ho nielen bunky polypu ale aj riasy v jeho tele. Mohlo by to zvýšiť rýchlosť kalcifikácie? Nemohlo! Prekážkou je práve vodík, ktorého vznikajúce katióny H+ neeliminuje proces fotosyntézy a ich koncentrácia stúpa. Nastáva závažný problém – zvyšuje sa kyslosť (acidita) prostredia. Riešenie však opäť poskytuje karbonická anhydráza. Keď príliš klesne pH, opäť urýchľuje známu chemickú reakciu, ale teraz opačným smerom – rozkladá vznikajúce anióny HCO3- a zabraňuje vzniku ďalšej disociovanej kyseliny uhličitej: HCO3- + H+ => H2O + CO2.  To samozrejme potlačí aj proces kalcifikácie. Preto mnohé výskumy potvrdili, že v noci koraly rastú podstatne pomalšie. A aj preto najnovšia práca tímu Aurélie Moya odhalila, že gén STPCA je v noci v produkcii karbonickej anhydrázy dvakrát aktívnejší. Koral sa pomocou nej chráni pred zvyšovaním acidity prostredia. Tí, ktorí nevedia prečo, nech vložia do octu kúsok vaječnej škrupiny.

Synchronizácia pohlavného rozmnožovania je stále provokujúcou záhadou

Pristavme sa na pár slov pri téme pohlavného rozmnožovania koralov. Ako koraly dokážu zosynchronizovať uvoľnenie vajíčok a spermií v určitý okamžik? V médiách sa neraz možno dočítať a aj všeobecne prevláda taký názor, že sa to akoby zázrakom deje práve počas určitého splnu. Takýto článok je aj v archíve Osla. Podľa neho koraly, pomocou jednoduchých, najmä na modrú farbu svetla citlivých fotoreceptorov, kryptochrómov, vedia zaregistrovať svetlo mesačného splnu a vtedy dochádza k uvoľneniu pohlavných buniek. Situácia však nebude tak jednoduchá a mechanizmus sexuálneho rozmnožovania pravdepodobne zahŕňa širší komplex podnetov – teplotu, tlak vody, chemickú signalizáciu?  Teórií je viac, žiadna však doposiaľ neposkytuje jednoznačné vysvetlenie. Zložitosť problému dokumentujú aj dve nasledujúce tabuľky:

Tabuľka znázorňuje aká časť skúmaných druhov koralov sa rozmnožuje počas novu, splnu, prvej, či poslednej štvrte vo fázach Mesiaca. Všimnite si, že počas splnu je najviac núl. Mätúce súčty percent sú odrazom skutočnosti, že nie každý rok sa všetky koraly rozmnožujú aj pohlavne, alebo niektoré druhy môžu vypúšťať spermie a vajíčka v dvoch časových vlnách. Podľa:  Stimson J. S. (1978)

osel.cz