Struktura a rozložení křídových usazenin u pacifické ústřice pomocí rentgenové počítačové tomografie (CT)

Morfologie a rozložení křídy a folia Načasování ukládání křídy ve vztahu ke srážení folia je dlouhodobou otázkou v souvislosti s tvorbou křídových usazenin. U mlžů obecně je dobře známo, že k prodlužování dochází přidáváním nového materiálu ve směru spirály (tj. ke komisurálnímu okraji) a ke ztlušťování schránky dochází přidáváním karbonátu na vnitřní povrch schránky, pod (tj. dovnitř) starý materiál schránky17. Křídové usazeniny pozorované v 3D rekonstrukcích se nacházely uvnitř a ventrálně od folia a většina z nich byla uvnitř ulity zcela uzavřena okolním foliem. To platilo jak pro křídu nalezenou v umbu, tak pro křídové usazeniny, které se vytvořily přímo pod růstovými zlomy (obr. 4,6), i když zůstává nejasné, zda kalcifikace pokračuje v komorách i po jejich uzavření, jak se dříve předpokládalo23. Ačkoli to není běžné, zkoumání 3D rekonstrukcí odhalilo také přítomnost křídových usazenin, které nebyly v ulitě zcela uzavřeny. Ty jsou zřejmě výsledkem malého množství křídy, která se vysrážela na folia v komisuře, která nebyla zcela uzavřena při ukládání další vrstvy folia, takže malý klín křídy zůstal vystaven vnějšímu povrchu schránky (obr. 5C). Poloha folia jako exteriéru křídy naznačuje, že folia, nikoli křída, se vysráží jako nejsvrchnější vrstva skořápky, která je podkladem periostraka, a následně poskytuje strukturní oporu skořápce, jak bylo uvedeno v předchozích pracích29. Kromě toho usazování folia vytváří vnější znaky, jako jsou hřebeny, růstové zlomy a další změny ve směru růstu, a vytváří tak na vnitřním povrchu schránky prohlubně, které jsou následně vyplněny křídou. Vzor tvorby křídy pod růstovými zlomy a dalšími vnějšími znaky potvrzuje předchozí pozorování, že křída vyplňuje prohlubně na vnitřním povrchu lastur18,20,24,26,27,30,31, ale také poskytuje kontext, jak tyto prohlubně vznikají.

U ústřic představují růstové zlomy významnou změnu směru růstu a jsou důležité v kontextu tvorby křídy, protože tyto znaky jsou často spojeny s křídovými usazeninami. Úplnější pochopení toho, jak se růstové zlomy tvoří, proto může pomoci objasnit funkci a načasování růstu křídy. Na základě pozorování týkajících se vztahu mezi křídou a foliemi existují tři možné modely tvorby schránek na růstových zlomech, z nichž každý má různé důsledky pro funkci křídy ve schránkách ústřic a také pro chování pláště během tvorby schránek obecněji (obr. 8).

Model 1 Nejprve plášť ukládá periostracum (nejsvrchnější organickou vrstvu schránky), po němž následuje ukládání tenké vrstvy folia přímo pod ním, směrem do nitra schránky. Poté se plášť oddělí od dříve vytvořené schránky a aniž by se výrazněji stáhl, začne vytvářet vrstvu periostraka a folia šikmo k předchozí růstové rovině, čímž vznikne růstová přestávka. Tato nová geometrie vytvoří na vnitřním povrchu skořápky prohlubeň přímo pod místem, kde se druhá vrstva periostraka a folia oddělila od první. Tato prohlubeň je následně vyplněna křídou. Jak ústřice pokračuje v tloustnutí a rozšiřování skořápky směrem ven, je tato křídová usazenina pod růstovým zlomem uzavřena uvnitř skořápky novou vrstvou folia. V modelu 1 je růstový zlom způsoben oddělením pláště od počáteční vrstvy periostraka, což může být způsobeno přerušením periostraka v komisuře nebo jiným přerušením (obr. 8: řada 1).

Model 2 Nejprve plášť ukládá periostroko, po němž následuje usazení tenké vrstvy folia přímo pod vnější organickou vrstvou. Poté se plášť oddělí od právě se tvořící vrstvy periostraka a stáhne se do bodu podél dříve vytvořené schránky. Poté začne plášť vytvářet novou vrstvu periostraka a folia směrem dovnitř od předchozí vrstvy pod úhlem šikmým k dříve rostoucí rovině. Tato nová geometrie vytváří na vnitřním povrchu skořápky prohlubeň přímo v místě, kde se druhá vrstva periostraka a folia oddělila od první. Tato prohlubeň je následně vyplněna křídou. Jak ústřice pokračuje v tloustnutí a rozšiřování skořápky směrem ven, je tato křídová usazenina pod růstovým zlomem uzavřena uvnitř skořápky novou vrstvou folia. V modelu 2 je růstový zlom způsoben také oddělením pláště od počáteční vrstvy periostraka, což může být způsobeno odlomením periostraka v komisuře nebo jiným přerušením prostředí. Tento scénář se od modelu 1 liší v chování pláště. V modelu 2 se plášť stahuje a vytváří nový materiál schránky směrem dovnitř od předchozí růstové roviny. Naproti tomu v Modelu 1 se plášť nezatahuje, ale pohybuje se směrem k vnitřnímu prostoru mezi chlopněmi a vysráží další vrstvu, přičemž zůstává prodloužený (obr. 8: řada 2).

Model 3 Nejprve plášť ukládá periostracum, po kterém následuje ukládání tenké vrstvy folia přímo pod vnější organickou vrstvou. Poté plášť vysráží malý kopeček křídy, který zasahuje až k nejzazšímu vnějšímu okraji dříve narostlé schránky. Plášť se oddělí od právě se tvořící vrstvy periostraka a stáhne se do bodu podél dříve vytvořené schránky. Poté se uvnitř původního křídového kopečku vysráží nová vrstva periostraka a folia, která přesahuje tento křídový nános a ponechává tak křídu odkrytou na vnější straně schránky. Tento nový růstový zlom také vytváří prohlubeň na vnitřním povrchu skořápky, přímo pod místem, kde se protíná první folia, umbo konec křídového valu a druhá vrstva folia a periostraka. Tento prostor je následně vyplněn křídou, a jak ústřice pokračuje v tloustnutí a rozšiřování skořápky směrem ven, je křídový nános pod růstovým zlomem uzavřen uvnitř skořápky. V tomto případě není vznik růstového zlomu způsoben oddělením pláště od první vrstvy periostraka. Změna směru růstu je naopak důsledkem vzniku křídového valu, který usměrňuje nový růst pod úhlem šikmým k předchozí růstové rovině. U schránek pozorovaných v této studii nejsou růstové zlomy spojeny s křídovými usazeninami (tj. zde popsaným počátečním křídovým kopečkem), které jsou vystaveny vnějšímu povrchu schránky, jako je tomu v modelu 3. Proto můžeme vyloučit Model 3 jako vysvětlení růstových zlomů a změny směru růstu schránky bezprostředně po růstovém zlomu (obr. 8: řádek 3).

Modely 1 a 2 je obtížnější rozlišit pouze na základě morfologie schránky, protože jak bylo popsáno, jejich výsledkem je stejný nebo velmi podobný soubor znaků a hlavní rozdíly mezi těmito dvěma modely se týkají chování pláště během vzniku růstového zlomu. K rozlišení, který model je pravděpodobnější pro vznik pozorovaných znaků skořápky, však lze použít další důkazy. V případě modelu 1 se plášť nezatahuje a místo toho se vzdaluje od předchozí růstové roviny tím, že se otáčí směrem od staré skořápky. Nová vrstva periostraka a folia by proto měla být stejně dlouhá jako původní vrstvy, protože plášť zůstal plně vysunutý. Naopak, pokud se plášť stáhne (model 2) a vybuduje druhou vrstvu periostraka směrem ven ze starého materiálu skořápky, budou novější vrstvy kratší (tj. budou končit blíže k umbu než první vrstva folia), dokud nedojde k dostatečnému růstu, aby se nová folia prodloužila za starý materiál skořápky. Tento druhý vzorec byl pozorován na příčném řezu na obr. 1D. Proto je model 2, který zahrnuje zatahování pláště, nejpravděpodobnějším znázorněním toho, jak se tvoří růstové zlomy a jak se plášť v této souvislosti chová. Model 2 se navíc dobře shoduje s předchozími pracemi, v nichž bylo přímo pozorováno smršťování plášťů ústřic během tvorby schránky a cementace32. V experimentu, při kterém byl odstraněn okraj ulity levé chlopně ústřice, začal plášť následně vytvářet novou vrstvu periostraka na starém materiálu ulity, dorzálně od komisury (32, obr. 7B). To ukazuje, že plášť se skutečně zatahuje, aby vytvořil nové periostracum a skořápku směrem ven ze starého materiálu skořápky v souladu s modelem 2. Další pozorování, jako například to, které provedl Yamaguchi32, spolu s pečlivým měřením za účelem zjištění, jak daleko dozadu se plášť stahuje během tvorby růstové přestávky, by přineslo definitivní důkazy na podporu Modelu 1 nebo Modelu 2.

Křídové usazeniny a cementace Křídové usazeniny byly pozorovány jako rozsáhlé na místech, kde se schránky znovu připojovaly k substrátu, například tam, kde se ústřice cementovaly k jiným jedincům nebo materiálu klecové sítě (obr. 2L, 7). U ústřic, které se znovu přichytily na materiál klece, tvořilo periostracum nejsvrchnější vrstvu, což naznačuje, že bylo položeno jako první, aby se přizpůsobilo nepravidelnému povrchu. Podobná pozorování učinil také Yamaguchi32 , který rovněž navrhl, že plášť je aktivním účastníkem cementace schránky tím, že vtlačuje nově vytvořené periostracum do substrátu, a tím podporuje uchycení. Křídové usazeniny se tedy podílejí na cementaci přinejmenším do té míry, že křída umožňuje ústřici přizpůsobit se nerovnému substrátu při zachování příznivého vnitřního prostoru.

Zajímavé je, že Harper33 zaznamenal přítomnost křídové usazeniny vně schránky M. gigas, mezi periostrakem a substrátem. Pokud je přítomnost křídy mezi schránkou a substrátem běžným jevem, pak by to naznačovalo, že křída hraje v cementaci ústřednější roli než jen propůjčení schopnosti přizpůsobit se nerovnému substrátu. V této studii byly tři páry ústřic, které se navzájem sblížily, rozřezány a zkoumány z hlediska těchto křídových usazenin vyskytujících se mimo periostraci (obr. 3). Žádné však nebyly nalezeny. Ačkoli to může naznačovat, že k průzkumu tohoto jevu je zapotřebí většího vzorku, domníváme se, že vnější křídové usazeniny, jaké nalezl Harper33 , byly odchylné. To naznačuje, že křída obecně není přímo využívána k uchycení ústřic. Jak však byla křída pozorovaná Harperem33 umístěna mezi periostrakum a substrát?“

Přestože plášťové přitisknutí periostraka k substrátu může být pro M. gigas32 jednou ze složek procesu cementace, ústřední roli při přichycení ústřic k substrátu hraje organicko-anorganické lepidlo produkované pláštěm. Harper33 předpokládal, že organická frakce cementu je schopna se pohybovat propustným periostrakem, aby vyplnila prostor mezi touto vrstvou a substrátem, a tím ústřici připoutala. Existují další důkazy, které naznačují, že organické látky vylučované pláštěm hrají ústřední roli při určování morfologie krystalů ve schránkách měkkýšů34,35,36,37,38,39 . Pokud tedy plášťově vylučované organické prekurzory křídového kalcitu neúmyslně unikaly porézním periostrakem, může to vysvětlovat přítomnost křídy v prostoru, který by normálně zaujímal cement33. I když tato hypotéza zůstává spekulativní, další práce charakterizující organické složky vrstev schránky a zabývající se schopností těchto organických látek mobilizovat přes periostracum by pomohly tyto otázky vyřešit.

Funkční ekologie křídy Zde prezentované údaje naznačují, že křída je u M. gigas spojena s morfologickou variabilitou a je užitečná pro cementaci, protože umožňuje živočichovi přizpůsobit se nepravidelnému substrátu při zachování příznivého vnitřního prostoru. Ačkoli mnozí jiní mlži jsou schopni dosáhnout cementačního způsobu života bez použití křídy, vysoká pórovitost křídy vytváří strukturu schránky, která je mnohem méně hustá než okolní folia19,40 . Kromě toho je tvorba křídy spojena s rychlým růstem a velmi velkými a tlustými schránkami10,23. To naznačuje, že křída, kromě toho, že je užitečná pro cementaci a přizpůsobení morfologické plasticitě, umožňuje rychlý růst schránky tím, že působí jako relativně levný stavební materiál při stavbě schránky. Budoucí práce srovnávající pevnost nebo trvanlivost cementace u ústřic, které produkují křídu, ve srovnání s ústřicemi a jinými mlži, kteří cementaci neprovádějí (např. Chamidy), by poskytly další informace o kompromisech spojených s používáním tohoto materiálu k podpoře cementace. A konečně, ačkoli nedávné práce naznačují, že folia a křída se srážejí synchronně20,41 , zůstávají otevřené otázky týkající se načasování ukládání folia a křídy v ulitě. Další experimenty využívající jak značkovací techniky (např. kalcein), tak geochemii stabilních izotopů by pomohly určit časový vztah mezi křídou a foliemi, zejména pokud jde o vznik růstových zlomů a dalších zde diskutovaných znaků.

.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.