Struktura i rozmieszczenie osadów kredowych u ostrygi pacyficznej przy użyciu rentgenowskiej tomografii komputerowej (CT)

Morfologia i rozmieszczenie kredy i listowia Czas osadzania kredy w stosunku do wytrącania listowia jest od dawna nierozstrzygniętym pytaniem w odniesieniu do tworzenia się osadów kredowych. W przypadku małży ogólnie wiadomo, że wydłużenie uzyskuje się przez dodanie nowego materiału w kierunku spiralnym (tj. do brzegu komissuralnego), a pogrubienie muszli następuje przez dodanie węglanu do wewnętrznej powierzchni muszli, poniżej (tj. wewnątrz) starego materiału muszli17. Osady kredowe obserwowane w rekonstrukcjach 3D znajdowały się wewnątrz i brzusznie w stosunku do foliacji, a większość z nich była całkowicie zamknięta w skorupie przez otaczające foliacje. Dotyczyło to zarówno kredy znalezionej w umbo, jak i osadów kredowych tworzących się bezpośrednio pod przerwami wzrostowymi (ryc. 4,6), choć pozostaje niejasne, czy zwapnienie kontynuowane jest w komorach po ich zamknięciu, jak wcześniej przypuszczano23. Choć nie jest to częste, badanie rekonstrukcji 3D ujawniło także obecność kredowych osadów, które nie zostały całkowicie zamknięte w obrębie muszli. Wydaje się, że są one wynikiem niewielkiej ilości kredy, która została wytrącona na foliację w commissure, która nie została całkowicie zamknięta podczas osadzania kolejnej warstwy foliacji, pozostawiając mały klin kredy odsłonięty na zewnątrz skorupy (Fig. 5C). Pozycja foliacji jako zewnętrznej w stosunku do kredy wskazuje, że to folia, a nie kreda, jest wytrącana jako najbardziej zewnętrzna warstwa muszli, leżąca pod periostracum, a w konsekwencji zapewniająca strukturalne wsparcie muszli, jak zauważono we wcześniejszych pracach29. Ponadto, osadzanie się listowia wytwarza cechy zewnętrzne, takie jak grzbiety, przerwy we wzroście i inne zmiany kierunku wzrostu, tworząc w ten sposób zagłębienia na wewnętrznej powierzchni muszli, które są następnie wypełniane kredą. Wzorzec formowania się kredy pod przerwami wzrostu i innymi cechami zewnętrznymi potwierdza wcześniejsze obserwacje, że kreda wypełnia wgłębienia na wewnętrznych powierzchniach muszli18,20,24,26,27,30,31, ale także dostarcza kontekstu dla sposobu formowania się tych wgłębień.

W przypadku ostryg, przerwy wzrostu reprezentują znaczącą zmianę kierunku wzrostu i są ważne w kontekście formowania się kredy, ponieważ cechy te są często związane z osadami kredowymi. Dlatego też pełniejsze zrozumienie tego, jak tworzą się przerwy we wzroście, może pomóc w wyjaśnieniu funkcji i czasu wzrostu kredy. W oparciu o obserwacje dotyczące relacji między kredą a foliami, istnieją trzy możliwe modele formowania muszli w przerwach wzrostu, z których każdy ma inne implikacje dla funkcji kredy w muszlach ostryg, a także dla zachowania płaszcza podczas formowania muszli bardziej ogólnie (Ryc. 8).

Model 1 Najpierw płaszcz układa periostracum (najbardziej zewnętrzna warstwa organiczna muszli), po którym następuje osadzanie cienkiej warstwy folii bezpośrednio pod nim, w kierunku wnętrza muszli. Następnie płaszcz oddziela się od wcześniej uformowanej muszli i nie cofając się znacząco, zaczyna formować warstwę periostracum i listowia pod kątem skośnym do poprzedniej płaszczyzny wzrostu, tworząc przerwę we wzroście. Ta nowa geometria tworzy wgłębienie na wewnętrznej powierzchni muszli, bezpośrednio poniżej miejsca, gdzie druga warstwa periostracum i folia rozgałęzia się od pierwszej. Wgłębienie to zostaje następnie wypełnione kredą. W miarę jak ostryga nadal grubieje i rozszerza swoją muszlę na zewnątrz, ten kredowy osad poniżej przerwy we wzroście jest zamykany wewnątrz muszli nową warstwą listowia. W modelu 1, przerwa we wzroście spowodowana jest oderwaniem się płaszcza od początkowej warstwy periostracum, co może być spowodowane pęknięciem periostracum w szczelinie lub innym przerwaniem (ryc. 8: rząd 1).

Model 2 Najpierw płaszcz układa periostracum, po którym następuje osadzenie się cienkiej warstwy listowia bezpośrednio pod zewnętrzną warstwą organiczną. Następnie płaszcz odrywa się od aktualnie tworzącej się warstwy periostracum i cofa się do punktu wzdłuż wcześniej uformowanej muszli. Następnie płaszcz zaczyna formować nową warstwę periostracum i listowia, do wewnątrz od poprzedniej warstwy, pod kątem skośnym do poprzednio rosnącej płaszczyzny. Ta nowa geometria tworzy wgłębienie na wewnętrznej powierzchni skorupy, bezpośrednio wewnątrz miejsca, gdzie druga warstwa periostracum i folia rozgałęzia się od pierwszej. Wgłębienie to zostaje następnie wypełnione kredą. Ponieważ ostryga nadal się zagęszcza i rozszerza swoją muszlę na zewnątrz, ten kredowy osad poniżej przerwy we wzroście zostaje zamknięty wewnątrz muszli przez nową warstwę listowia. W modelu 2, przerwa we wzroście jest również spowodowana oderwaniem się płaszcza od początkowej warstwy periostracum, co może być spowodowane pęknięciem periostracum w szczelinie lub innym zakłóceniem środowiskowym. Scenariusz ten różni się od Modelu 1 zachowaniem płaszcza. W Modelu 2, płaszcz cofa się i buduje nowy materiał muszli do wewnątrz od poprzedniej płaszczyzny wzrostu. W przeciwieństwie do Modelu 1, płaszcz nie cofa się; raczej przesuwa się w kierunku wewnętrznej przestrzeni między zastawkami i wytrąca kolejną warstwę, pozostając wydłużonym (Fig. 8: rząd 2).

Model 3 Najpierw płaszcz układa periostracum, po którym następuje osadzanie cienkiej warstwy foliacji bezpośrednio pod zewnętrzną warstwą organiczną. Następnie płaszcz wytrąca niewielki kopiec kredy, który rozciąga się do najbardziej zewnętrznej części poprzednio wyrosłej skorupy. Płaszcz odrywa się od aktualnie tworzącej się warstwy periostracum i cofa się do punktu wzdłuż uprzednio uformowanej muszli. Następnie, nowa warstwa periostracum i folia jest wytrącana wewnątrz początkowego kopca kredowego i rozciąga się obok tego kredowego depozytu, pozostawiając kredę odsłoniętą na zewnątrz muszli. Ta nowa przerwa we wzroście tworzy również wgłębienie na wewnętrznej powierzchni muszli, bezpośrednio poniżej punktu, w którym przecinają się pierwsze folia, koniec umbo kopca kredowego oraz druga warstwa folia i periostracum. Przestrzeń ta zostaje następnie wypełniona kredą, a ponieważ ostryga nadal się zagęszcza i rozszerza swoją muszlę na zewnątrz, kredowy osad poniżej przerwy we wzroście zostaje zamknięty wewnątrz muszli. W tym przypadku powstanie przerwy we wzroście nie jest spowodowane oddzieleniem się płaszcza od pierwszej warstwy periostracum. Zamiast tego, zmiana kierunku wzrostu jest wynikiem formowania się kopca kredowego, który kieruje nowy wzrost pod kątem skośnym do poprzedniej płaszczyzny wzrostu. W przypadku muszli obserwowanych w tym badaniu, przerwy we wzroście nie są związane z kredowymi osadami (tj. opisywanym tu początkowym kopcem kredowym), które są odsłonięte na zewnątrz muszli, jak w modelu 3. Dlatego możemy wykluczyć Model 3 jako wyjaśnienie dla przerw wzrostu i zmiany kierunku wzrostu muszli bezpośrednio po przerwie wzrostu (Fig. 8: wiersz 3).

Modele 1 i 2 są trudniejsze do rozróżnienia na podstawie samej morfologii muszli, ponieważ, jak opisano, skutkują one tym samym lub bardzo podobnym zestawem cech, a główne różnice między tymi dwoma modelami dotyczą zachowania płaszcza podczas powstawania przerwy wzrostu. Jednakże, inne linie dowodowe mogą być użyte do określenia, który model jest bardziej prawdopodobny do wytworzenia obserwowanych cech skorupy. W przypadku modelu 1, płaszcz nie cofa się i zamiast tego oddala się od poprzedniej płaszczyzny wzrostu poprzez odchylenie się od starej skorupy. Dlatego nowa warstwa periostracum i folia powinna mieć taką samą długość jak warstwy początkowe, ponieważ płaszcz pozostał w pełni rozciągnięty. W przeciwieństwie do tego, jeżeli płaszcz cofa się (Model 2) i buduje drugą warstwę periostracum na zewnątrz od starego materiału skorupy, nowsze warstwy będą krótsze (tj. kończą się bliżej umbo niż pierwsza warstwa foliówek) aż do momentu, gdy nastąpi wystarczający wzrost, by rozciągnąć nowe folia poza stary materiał skorupy. Ten drugi wzór został zaobserwowany na przekroju poprzecznym na Fig. 1D. Dlatego model 2, który obejmuje retrakcję płaszcza, jest najbardziej prawdopodobną reprezentacją tego, jak tworzą się przerwy we wzroście i jak zachowuje się płaszcz w tym kontekście. Ponadto, Model 2 dobrze zgadza się z wcześniejszymi pracami, w których bezpośrednio zaobserwowano kurczenie się płaszcza ostryg podczas formowania i cementacji muszli32. W eksperymencie, w którym usunięto brzeg muszli lewej zastawki ostrygi, płaszcz zaczął następnie tworzyć nową warstwę periostracum na starym materiale muszlowym, grzbietowo do szczeliny międzykomorowej (32, Fig. 7B). Ilustruje to, że płaszcz rzeczywiście cofa się w celu uformowania nowego periostracum i muszli na zewnątrz ze starego materiału muszli, zgodnie z modelem 2. Dodatkowe prace obserwacyjne, takie jak te wykonane przez Yamaguchi32, w połączeniu z dokładnymi pomiarami w celu ustalenia, jak daleko wstecz płaszcz cofa się podczas tworzenia przerwy wzrostowej, przyniosłyby ostateczne dowody na poparcie modelu 1 lub modelu 2.

Złoża kredowe i cementacja Złoża kredowe zaobserwowano, że są rozległe w miejscach, w których muszle ponownie przylegały do podłoża, takich jak te, w których ostrygi cementowały się z innymi osobnikami lub materiałem siatki klatki (ryc. 2L, 7). W przypadku ostryg, które przylgnęły do materiału klatki, periostracum było najbardziej zewnętrzną warstwą, co wskazuje, że zostało ułożone jako pierwsze, aby dopasować się do nieregularnej powierzchni. Podobne obserwacje poczynił również Yamaguchi32, który również zaproponował, że płaszcz jest aktywnym uczestnikiem procesu cementowania muszli poprzez wciskanie nowo wytworzonego periostracum w podłoże, sprzyjając w ten sposób przyczepianiu. Zatem osady kredowe biorą udział w cementowaniu przynajmniej w takim stopniu, w jakim kreda pozwala ostrydze dostosować się do nierównego podłoża przy jednoczesnym zachowaniu korzystnej przestrzeni wewnętrznej.

Co ciekawe, Harper33 odnotował obecność kredowego osadu na zewnątrz muszli M. gigas, pomiędzy periostracum a podłożem. Jeśli obecność kredy między muszlą a podłożem jest zjawiskiem powszechnym, to wskazywałoby to, że kreda odgrywa bardziej centralną rolę w cementacji niż tylko nadaje zdolność do dostosowania się do nierównego podłoża. W obecnym badaniu trzy pary ostryg, które przylegały do siebie, zostały poddane sekcji i przebadane pod kątem występowania tych kredowych osadów poza periostrami (Fig. 3). Nie znaleziono jednak żadnego z nich. Chociaż może to wskazywać, że do zbadania tego zjawiska potrzebna jest większa próbka, proponujemy, by zewnętrzne osady kredowe, takie jak te znalezione przez Harpera33, były aberracyjne. Wskazuje to, że kreda generalnie nie jest bezpośrednio wykorzystywana do przyczepiania ostryg. Ale w jaki sposób kreda zaobserwowana przez Harpera33 została umieszczona między periostracum a podłożem?

Podczas gdy płaszcz dociska periostracum do podłoża może być jednym z elementów procesu cementacji u M. gigas32, wytwarzany przez płaszcz organiczno-nieorganiczny klej odgrywa główną rolę w przytwierdzaniu ostryg do podłoża. Harper33 wysunął hipotezę, że organiczna frakcja cementu jest w stanie przemieszczać się przez przepuszczalne periostracum, aby wypełnić przestrzeń między tą warstwą a podłożem, tym samym przytwierdzając ostrygę. Istnieją dodatkowe dowody sugerujące, że wydzielane przez płaszcz substancje organiczne odgrywają główną rolę w określaniu morfologii kryształów w muszlach mięczaków34,35,36,37,38,39. Tak więc, jeśli wydzielane przez płaszcz organiczne prekursory kalcytu kredowego nieumyślnie przedostały się przez porowate periostracum, może to tłumaczyć obecność kredy w przestrzeni, która normalnie byłaby zajęta przez cement33. Podczas gdy pozostaje to hipotezą spekulatywną, dodatkowe prace charakteryzujące organiczne składniki warstw muszli, i zajmujące się zdolnością tych organików do mobilizacji przez periostracum, pomogłyby rozwiązać te kwestie.

Funkcjonalna ekologia kredy Przedstawione tu dane wskazują, że kreda jest związana ze zmiennością morfologiczną u M. gigas, i jest przydatna do cementowania, ponieważ pozwala zwierzęciu dopasować się do nieregularnego podłoża przy zachowaniu korzystnej przestrzeni wewnętrznej. Chociaż wiele innych małży jest w stanie osiągnąć cementujący tryb życia bez użycia kredy, wysoka porowatość kredy powoduje, że struktura muszli jest znacznie mniej gęsta niż otaczające ją folia19,40. Ponadto, tworzenie się kredy wiąże się z szybkim tempem wzrostu oraz bardzo dużymi, grubymi muszlami10,23. Wskazuje to, że kreda, oprócz tego, że jest przydatna do cementacji i dostosowania się do plastyczności morfologicznej, umożliwia szybki wzrost muszli, działając jako stosunkowo tani materiał budowlany podczas budowy muszli. Przyszłe prace porównujące siłę i trwałość cementacji u ostryg, które wytwarzają kredę, z ostrygami i innymi małżami, które jej nie wytwarzają (np. Chamids), dostarczyłyby dodatkowych informacji na temat kompromisów związanych z wykorzystaniem tego materiału do wspomagania cementacji. Wreszcie, chociaż ostatnie prace sugerują, że folia i kreda są wytrącane synchronicznie20,41, pozostają otwarte pytania dotyczące czasu osadzania się folii i kredy w muszli. Dodatkowe eksperymenty wykorzystujące zarówno techniki znakowania (np. kalceina), jak i geochemię stabilnych izotopów pomogłyby określić czasową relację między kredą a folią, szczególnie w odniesieniu do powstawania przerw w rozwoju i innych omawianych tu cech.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.