Morphology and distribution of chalk and folia The timing of chalky deposition in relation to folia precipitation has been a long standing question in regard to chalky deposit formation. Voor tweekleppigen in het algemeen is het bekend dat rek wordt bereikt door de toevoeging van nieuw materiaal in de spiraalvormige richting (d.w.z. naar de commissurale rand), en dat verdikking van de schelp optreedt door de toevoeging van carbonaat aan het inwendige oppervlak van de schelp, onder (d.w.z. inwendig in) oud schelpmateriaal17. Krijtachtige afzettingen die in 3D-reconstructies zijn waargenomen, werden binnenin en ventraal van de folia aangetroffen, en de meeste werden binnen de schelp volledig afgesloten door de omringende folia. Dit gold zowel voor krijt dat in de umbo werd gevonden, als voor krijtachtige afzettingen die zich direct onder de groeibreuken vormden (Fig. 4,6), hoewel het onduidelijk blijft of de verkalking in de kamers doorgaat nadat ze zijn afgesloten, zoals eerder is verondersteld23. Hoewel niet gebruikelijk, heeft onderzoek van 3D-reconstructies ook de aanwezigheid aangetoond van kalkafzettingen die niet volledig binnen de schelp waren afgesloten. Deze lijken het resultaat te zijn van een kleine hoeveelheid krijt die was neergeslagen op folia bij de commissuur, die niet volledig werd afgedicht toen de volgende laag folia werd afgezet, waardoor een kleine wig krijt bloot kwam te liggen aan de buitenkant van de schelp (Fig. 5C). De positie van de folia aan de buitenkant van het krijt geeft aan dat de folia, en niet het krijt, is neergeslagen als de buitenste laag van de schelp die onder het periostracum ligt, en daardoor de schelp structureel ondersteunt, zoals in eerder werk al is opgemerkt29. Bovendien veroorzaakt de afzetting van folia uitwendige kenmerken, zoals ribbels, groeibreuken en andere veranderingen in de groeirichting, waardoor depressies ontstaan op het binnenoppervlak van de schelp die vervolgens worden opgevuld met krijt. Het patroon van krijtvorming onder groeibreuken en andere uiterlijke kenmerken bevestigt eerdere waarnemingen dat krijt depressies op het inwendige oppervlak van schelpen opvult18,20,24,26,27,30,31, maar biedt ook context voor hoe deze depressies ontstaan.
Bij oesters vertegenwoordigen groeibreuken een belangrijke verandering in de groeirichting, en zijn ze belangrijk in de context van krijtvorming omdat deze kenmerken vaak geassocieerd worden met krijtachtige afzettingen. Daarom kan een beter begrip van hoe groeibreuken ontstaan helpen om de functie en timing van krijtgroei te verduidelijken. Op basis van de waarnemingen betreffende de relatie tussen krijt en folia zijn er drie mogelijke modellen voor schelpvorming bij groeibreuken, die alle drie verschillende implicaties hebben voor de functie van krijt in oesterschelpen, en ook voor het gedrag van de mantel tijdens de schelpvorming meer in het algemeen (Fig. 8).
Model 1 Eerst legt de mantel het periostracum (de buitenste organische laag van de schelp) af, gevolgd door de afzetting van een dunne laag folia direct eronder, naar de binnenkant van de schelp toe. Vervolgens komt de mantel los van de eerder gevormde schelp en begint, zonder zich noemenswaardig terug te trekken, een laag periostracum en folia te vormen onder een schuine hoek ten opzichte van het eerdere groeivlak, waardoor een groeibreuk ontstaat. Door deze nieuwe geometrie ontstaat een depressie op het binnenoppervlak van de schelp, direct onder de plaats waar de tweede laag periostracum en folia zich vertakte van de eerste. Deze holte wordt vervolgens opgevuld met kalk. Naarmate de oester dikker wordt en zijn schelp verder naar buiten uitstrekt, wordt deze kalkafzetting onder de groeibreuk binnen de schelp afgesloten met een nieuwe laag folia. In model 1 wordt de groeibreuk veroorzaakt door het loslaten van de mantel van de initiële laag periostracum, wat kan worden veroorzaakt door het breken van het periostracum bij de commissuur, of door een andere onderbreking (Fig. 8: rij 1).
Model 2 Eerst legt de mantel het periostracum neer, dat wordt gevolgd door de afzetting van een dunne laag folia direct onder de externe organische laag. Vervolgens maakt de mantel zich los van de zich vormende periostracumlaag en trekt zich terug tot een punt langs de eerder gevormde schelp. Dan begint de mantel een nieuwe laag periostracum en folia te vormen, binnenwaarts van de vorige laag, onder een hoek die schuin staat ten opzichte van het eerder gevormde vlak. Door deze nieuwe geometrie ontstaat een depressie op het binnenoppervlak van de schelp, direct binnen de plaats waar de tweede laag periostracum en folia zich vertakte van de eerste. Deze holte wordt vervolgens opgevuld met kalk. Naarmate de oester dikker wordt en zijn schelp verder naar buiten uitstrekt, wordt deze kalkafzetting onder de groeibreuk door een nieuwe laag folia binnen de schelp afgesloten. In model 2 wordt de groeibreuk ook veroorzaakt door het loslaten van de mantel van de initiële laag periostracum, wat kan worden veroorzaakt door het breken van het periostracum bij de commissuur, of door een andere omgevingsonderbreking. Dit scenario verschilt van model 1 wat het gedrag van de mantel betreft. In model 2 trekt de mantel zich terug en bouwt nieuw schelpmateriaal op inwaarts van het vorige groeivlak. In model 1 daarentegen trekt de mantel zich niet terug; in plaats daarvan beweegt hij zich naar de binnenruimte tussen de kleppen en slaat de volgende laag neer terwijl hij uitgestrekt blijft (Fig. 8: rij 2).
Model 3 Eerst legt de mantel het periostracum neer, dat gevolgd wordt door de afzetting van een dunne laag folia direct onder de externe organische laag. Vervolgens slaat de mantel een kleine kalkheuvel neer die zich uitstrekt tot de buitenste rand van de eerder gegroeide schelp. De mantel komt los van de zich nu vormende laag periostracum en trekt zich terug tot een punt langs de eerder gevormde schelp. Vervolgens wordt een nieuwe laag periostracum en folia aan de binnenkant van de aanvankelijke krijtheuvel neergeslagen, die zich tot voorbij deze krijtachtige afzetting uitstrekt, waardoor het krijt bloot komt te liggen aan de buitenkant van de schelp. Deze nieuwe groeipauze creëert ook een depressie aan de binnenkant van de schelp, direct onder het punt waar de eerste folia, het umbo-einde van de krijtheuvel, en de tweede laag folia en periostracum elkaar snijden. Deze ruimte wordt vervolgens opgevuld met kalk en naarmate de oester haar schelp verder verdikt en naar buiten uitbreidt, wordt de kalkafzetting onder de groeibreuk in de schelp verzegeld. De vorming van de groeibreuk wordt hier niet veroorzaakt door de scheiding van de mantel van de eerste laag periostracum. In plaats daarvan is de verandering in groeirichting het gevolg van de vorming van de krijtheuvel, die de nieuwe groei schuin op het vorige groeivlak richt. Bij de schelpen die in deze studie zijn geobserveerd, zijn de groeiverbrekingen niet geassocieerd met kalkafzettingen (d.w.z. de hier beschreven initiële krijtheuvel) die blootliggen aan de buitenkant van de schelp, zoals in model 3. Daarom kunnen we model 3 uitsluiten als verklaring voor groeibreuken en de verandering in de groeirichting van de schelp onmiddellijk na een groeibreuk (Fig. 8: rij 3).
Modellen 1 en 2 zijn moeilijker te onderscheiden op basis van de morfologie van de schelp alleen, omdat zij, zoals beschreven, resulteren in dezelfde, of zeer vergelijkbare, reeks kenmerken, en de belangrijkste verschillen tussen deze twee modellen hebben betrekking op het gedrag van de mantel tijdens de vorming van groeibreuken. Andere aanwijzingen kunnen echter worden gebruikt om uit te maken welk model waarschijnlijker de waargenomen kenmerken van de schelp produceert. Bij model 1 trekt de mantel zich niet terug, maar verwijdert zich van het vorige groeivlak door weg te draaien van de oude schelp. Daarom zou de nieuwe laag periostracum en folia even lang moeten zijn als de eerste lagen, omdat de mantel volledig uitgestrekt is gebleven. Als de mantel zich daarentegen terugtrekt (model 2) en de tweede laag periostracum van het oude schelpmateriaal naar buiten toe opbouwt, zullen de nieuwere lagen korter zijn (d.w.z. dichter bij de umbo eindigen dan de eerste laag folia) totdat voldoende groei heeft plaatsgevonden om de nieuwe folia voorbij het oude schelpmateriaal te laten komen. Dit tweede patroon is waargenomen in de dwarsdoorsnede in Fig. 1D. Daarom is Model 2, dat het terugtrekken van de mantel omvat, de meest waarschijnlijke voorstelling van hoe groeibreuken ontstaan en hoe de mantel zich in dit verband gedraagt. Bovendien komt model 2 goed overeen met eerder werk waarin bij oesters direct werd waargenomen dat de mantel samentrekt tijdens de vorming van de schelp en het cementeren32. Bij een experiment waarbij de schelpmarge van de linkerklep van een oester werd verwijderd, begon de mantel vervolgens een nieuwe laag periostracum te vormen op oud schelpmateriaal, dorsaal van de commissuur (32, Fig. 7B). Dit illustreert dat de mantel zich terugtrekt om nieuw periostracum en schelp naar buiten te vormen op oud schelpmateriaal, in overeenstemming met model 2. Aanvullend observatiewerk, zoals uitgevoerd door Yamaguchi32, gekoppeld aan zorgvuldige metingen om vast te stellen hoe ver de mantel zich terugtrekt tijdens de vorming van de groeibreuk, zou definitief bewijs opleveren voor model 1 of model 2.
Kalkafzettingen en cementering Kalkafzettingen werden uitgebreid waargenomen op plaatsen waar schelpen zich opnieuw aan een substraat hechtten, zoals waar oesters zich cementeerden aan andere individuen of aan kooigaasmateriaal (Figs 2L, 7). Bij oesters die zich op kooimateriaal vasthechtten, was het periostracum de buitenste laag, wat erop wijst dat het eerst werd neergelegd om zich aan te passen aan het onregelmatige oppervlak. Gelijkaardige waarnemingen werden ook gedaan door Yamaguchi32, die eveneens voorstelde dat de mantel een actieve rol speelt in de cementering van de schelp door nieuw aangemaakt periostracum in het substraat te drukken en zo de aanhechting te bevorderen. Krijtachtige afzettingen zijn dus betrokken bij de cementering, althans in die mate dat krijt de oester in staat stelt zich aan te passen aan een ongelijk substraat en toch een gunstige interne ruimte te behouden.
Interessant is dat Harper33 de aanwezigheid van een krijtachtige afzetting aan de buitenkant van een M. gigas schelp registreerde, tussen het periostracum en het substraat. Als de aanwezigheid van krijt tussen de schelp en het substraat een algemeen verschijnsel is, dan zou dit erop wijzen dat krijt een meer centrale rol speelt bij de cementering dan alleen het vermogen om zich aan te passen aan een ongelijk substraat. In de huidige studie werden drie paren oesters die zich aan elkaar hadden vastgehecht, doorgesneden en onderzocht op deze kalkafzettingen buiten de periostraca (Fig. 3). Er werd er echter geen gevonden. Hoewel dit erop kan wijzen dat een grotere steekproefomvang nodig is om dit fenomeen te onderzoeken, stellen wij voor dat afzettingen van kalk aan de buitenkant, zoals door Harper33 gevonden, abnormaal waren. Dit wijst erop dat krijt over het algemeen niet direct wordt gebruikt voor de aanhechting van oesters. Maar hoe werd het krijt dat door Harper33 werd waargenomen, geplaatst tussen het periostracum en het substraat?
Hoewel de mantel die het periostracum op het substraat drukt, één component kan zijn van het cementeringsproces van M. gigas32, speelt een door de mantel geproduceerde organisch-anorganische lijm een centrale rol in het vasthechten van oesters aan het substraat. Harper33 veronderstelde dat de organische fractie van het cement in staat is zich door het periostracum te verplaatsen om de ruimte tussen deze laag en het substraat op te vullen en zo de oester vast te hechten. Er zijn aanvullende aanwijzingen dat door de mantel afgescheiden organische stoffen een centrale rol spelen bij het bepalen van de kristalmorfologie in schelpen van weekdieren34,35,36,37,38,39. Als de uit de mantel afgescheiden organische precursors van kalkhoudend calciet per ongeluk door het poreuze periostracum zijn gelekt, kan dit dus de aanwezigheid van kalk verklaren in een ruimte die normaal door cement zou worden ingenomen33. Hoewel dit een speculatieve hypothese blijft, zou aanvullend onderzoek naar de organische bestanddelen van de schelplagen, en naar het vermogen van deze organische bestanddelen om door het periostracum te migreren, helpen om deze vragen op te lossen.
Functionele ecologie van krijt Uit de hier gepresenteerde gegevens blijkt dat krijt geassocieerd is met morfologische variabiliteit bij M. gigas, en nuttig is voor cementering omdat het het dier in staat stelt om zich aan te passen aan een onregelmatig substraat en tegelijk een gunstige interne ruimte te behouden. Hoewel veel andere tweekleppigen in staat zijn om een cementerende levensstijl te bereiken zonder het gebruik van krijt, zorgt de hoge porositeit van krijt voor een schelpstructuur die veel minder dicht is dan de omringende folia19,40. Bovendien gaat de vorming van krijt gepaard met een snelle groei en zeer grote, dikke schelpen10,23. Dit wijst erop dat krijt niet alleen nuttig is voor cementering en morfologische plasticiteit, maar ook een snelle groei van de schelp mogelijk maakt door te fungeren als een relatief goedkoop bouwmateriaal tijdens de bouw van de schelp. Toekomstig onderzoek waarbij de sterkte of duurzaamheid van cementering in oesters die krijt produceren vergeleken wordt met oesters en andere cementerende tweekleppigen die dat niet doen (b.v. Chamids) zou extra inzicht verschaffen in de afwegingen die gemaakt worden bij het gebruik van dit materiaal om cementering te bevorderen. Tenslotte, hoewel recent werk suggereert dat folia en krijt synchroon neerslaan20,41 , blijven er vragen over het tijdstip van afzetting van folia versus krijt in de schelp. Aanvullende experimenten waarbij zowel markeringstechnieken (bijv. calceïne) als geochemie met stabiele isotopen worden gebruikt, zouden helpen om de temporele relatie tussen krijt en folia te bepalen, vooral in relatie tot de vorming van groeibreuken en andere kenmerken die hier zijn besproken.