Morfologia e distribuição de giz e folia O tempo de deposição de giz em relação à precipitação de folia tem sido uma questão de longa data no que diz respeito à formação de depósitos calcários. Para bivalves em geral é bem reconhecido que o alongamento é obtido pela adição de novo material na direção espiral (ou seja, na margem comissural), e o espessamento da casca ocorre pela adição de carbonato à superfície interior da casca, abaixo (ou seja, do interior para) o material da casca antiga17. Os depósitos calcários observados nas reconstruções 3D foram encontrados no interior e ventral à folhagem, e a maioria foi completamente selada dentro da concha pela folhagem circundante. Isto foi verdade para o giz encontrado no umbigo, bem como depósitos calcários que se formaram diretamente abaixo das quebras de crescimento (Fig. 4,6), embora ainda não esteja claro se a calcificação continua nas câmaras após serem seladas, como já foi hipotético anteriormente23. Embora não comum, o exame das reconstruções em 3D também revelou a presença de depósitos calcários que não foram completamente selados dentro da concha. Estes parecem ser o resultado de uma pequena quantidade de giz que foi precipitado sobre a folhagem na comissura, que não foi completamente selada quando a próxima camada de folhagem foi depositada, deixando uma pequena cunha de giz exposto ao exterior da concha (Fig. 5C). A posição da folia como exterior ao giz indica que a folia, não o giz, é precipitada como a camada mais externa da casca que está subjacente ao periostracum, e consequentemente fornece suporte estrutural à casca, como já foi observado em trabalhos anteriores29. Além disso, a deposição de fólio produz características externas, tais como cristas, quebras de crescimento e outras mudanças na direção de crescimento, criando assim depressões na superfície interna da concha que são posteriormente preenchidas com giz. O padrão de formação de giz sob as quebras de crescimento e outras características externas confirma observações anteriores que o giz preenche depressões nas superfícies internas das conchas18,20,24,26,27,30,31, mas também fornece contexto para como essas depressões se formam.
Para ostras, as quebras de crescimento representam uma mudança significativa na direção do crescimento, e são importantes no contexto da formação de giz porque essas características são frequentemente associadas com depósitos de giz. Portanto, uma compreensão mais completa de como a formação de quebra de crescimento pode ajudar a elucidar a função e o tempo de crescimento do giz. Com base nas observações sobre a relação entre giz e fólio, existem três modelos possíveis para a formação de giz nas quebras de crescimento, todos com diferentes implicações para a função do giz nas conchas de ostras, e também o comportamento do manto durante a formação da concha em geral (Fig. 8).
Modelo 1 Primeiro, o manto estabelece o periostracum (a camada orgânica mais externa da concha) que é seguido pela deposição de uma fina camada de fólio diretamente abaixo, em direção ao interior da concha. Em seguida, o manto separa-se da casca previamente formada, e sem retrair significativamente, começa a formar uma camada de periostracum e folia num ângulo oblíquo em relação ao plano de crescimento anterior, criando uma quebra de crescimento. Esta nova geometria cria uma depressão na superfície interior da casca, diretamente abaixo da qual a segunda camada de periostracum e folia se ramificou da primeira. Esta depressão é posteriormente preenchida com giz. À medida que a ostra continua a engrossar e a estender sua concha para fora, este depósito calcário sob a quebra de crescimento é selado dentro da concha com uma nova camada de fólio. No Modelo 1, a quebra de crescimento é causada pelo descolamento do manto da camada inicial do periostracum, que pode ser causada pela quebra do periostracum na comissura, ou alguma outra interrupção (Fig. 8: linha 1).
Modelo 2 Primeiro, o manto estabelece o periostracum, que é seguido pela deposição de uma fina camada de folia diretamente abaixo da camada orgânica externa. Em seguida, o manto destaca-se da camada de periostracum em formação e retrai-se até um ponto ao longo da casca previamente formada. Em seguida, o manto começa a formar uma nova camada de periostracum e folia, para dentro da camada anterior, num ângulo oblíquo em relação ao plano de crescimento anterior. Esta nova geometria cria uma depressão na superfície interior da casca, directamente no interior para onde a segunda camada de periostracum e folia se ramificou a partir da primeira. Esta depressão é posteriormente preenchida com giz. À medida que a ostra continua a engrossar e a estender sua concha para fora, este depósito calcáreo sob a quebra de crescimento é selado dentro da concha por uma nova camada de folia. No Modelo 2, a quebra de crescimento é também causada pelo descolamento do manto da camada inicial do periostracum, que pode ser causada pela quebra do periostracum na comissura, ou por alguma outra interrupção ambiental. Este cenário difere do Modelo 1 no comportamento do manto. No Modelo 2, o manto se retrai e constrói novo material da casca para dentro a partir do plano de crescimento anterior. Em contraste, no Modelo 1, o manto não se retrai; ao contrário, move-se em direção ao espaço interior entre válvulas e precipita a camada seguinte enquanto permanece estendida (Fig. 8: linha 2).
Modelo 3 Primeiro, o manto estabelece o periostracum, que é seguido pela deposição de uma fina camada de folia diretamente abaixo da camada orgânica externa. Em seguida, o manto precipita um pequeno monte de giz que se estende até a extensão mais externa da casca previamente cultivada. O manto desprende-se da camada de periostracum que se forma actualmente e retrai-se até um ponto ao longo da casca previamente formada. Então, uma nova camada de periostracum e folia é precipitada para o interior do monte inicial de giz, e se estende para além deste depósito calcário, deixando assim o giz exposto ao exterior da concha. Esta nova quebra de crescimento também cria uma depressão na superfície interior da casca, diretamente abaixo do ponto onde a primeira folia, a extremidade do monte de giz, e a segunda camada de folia e periostracum se cruzam. Este espaço é subsequentemente preenchido com giz, e à medida que a ostra continua a engrossar e a estender a sua concha para fora, o depósito calcário por baixo da quebra de crescimento é selado dentro da concha. Aqui, a formação da quebra de crescimento não é impulsionada pela separação do manto da primeira camada de periostracum. Em vez disso, a mudança na direção de crescimento é resultado da formação do monte de giz, que direciona o novo crescimento em um ângulo oblíquo para o plano de crescimento anterior. Para conchas observadas neste estudo, as quebras de crescimento não estão associadas a depósitos calcários (ou seja, o monte de giz inicial aqui descrito) que estão expostos ao exterior da concha, como no Modelo 3. Portanto, podemos excluir o Modelo 3 como uma explicação para as quebras de crescimento, e a mudança na direção de crescimento da casca imediatamente após uma quebra de crescimento (Fig. 8: linha 3).
Modelos 1 e 2 são mais difíceis de diferenciar com base apenas na morfologia da casca porque, como descrito, resultam no mesmo, ou muito semelhante, conjunto de características, e as maiores diferenças entre estes dois modelos dizem respeito ao comportamento do manto durante a formação da quebra de crescimento. No entanto, outras linhas de evidência podem ser usadas para analisar qual modelo tem mais probabilidade de produzir as características da concha observadas. Para o Modelo 1, o manto não se retrai e em vez disso afasta-se do plano de crescimento anterior ao girar para longe da velha concha. Portanto, a nova camada de periostracum e folia deve ter o mesmo comprimento que as camadas iniciais, porque o manto permaneceu totalmente estendido. Em contraste, se o manto se retrair (Modelo 2) e construir a segunda camada de periostracum para fora do material da casca antiga, as camadas mais novas serão mais curtas (ou seja, terminam mais perto do umbigo do que a primeira camada de folia) até que tenha ocorrido um crescimento suficiente para estender a nova folia para além do material da casca antiga. Este segundo padrão foi observado na secção transversal na Fig. 1D. Portanto, o Modelo 2, que inclui a retração do manto, é a representação mais provável de como as quebras de crescimento se formam e como o manto se comporta neste contexto. Além disso, o Modelo 2 concorda bem com o trabalho anterior, no qual os mantos de ostras eram observados diretamente para se contrair durante a formação da concha e a cimentação32. Em uma experiência na qual a margem da concha da válvula esquerda de uma ostra foi removida, o manto começou subsequentemente a formar uma nova camada de periostracum sobre o material da concha antiga, dorsal à comissura (32, Fig. 7B). Isto ilustra que o manto se retrai a fim de formar um novo periostracum e concha para fora do material da concha antiga, consistente com o Modelo 2. Trabalho observacional adicional, como o realizado por Yamaguchi32, juntamente com medições cuidadosas para estabelecer a distância a que o manto se retrai durante a formação da quebra de crescimento, produziria evidência definitiva para suportar o Modelo 1 ou o Modelo 2.
Depósitos calcários e cimentação Os depósitos calcários foram observados como sendo extensos em locais onde as conchas se juntam a um substrato, tais como onde ostras cimentadas a outros indivíduos ou material de malha de gaiola (Figs 2L, 7). Para ostras que recementaram no material da gaiola, o periostracum foi a camada mais externa, indicando que foi colocado primeiro para se conformar com a superfície irregular. Observações semelhantes foram também feitas por Yamaguchi32, que também propôs que o manto é um participante ativo na cimentação da concha, pressionando o periostracum recém feito no substrato, promovendo assim a fixação. Portanto, depósitos calcários estão envolvidos na cimentação pelo menos na medida em que o giz permite que a ostra se adapte a um substrato irregular enquanto mantém um espaço interno favorável.
Interessantemente, Harper33 registrou a presença de um depósito calcário fora de uma concha de M. gigas, entre o periostracum e o substrato. Se a presença de giz entre a casca e o substrato for uma ocorrência comum, então isto indicaria que o giz desempenha um papel mais central na cimentação do que simplesmente conferir a capacidade de se conformar a um substrato irregular. No presente estudo, três pares de ostras que se recentaram um ao outro foram seccionadas e examinadas para estes depósitos calcários que ocorrem fora da periostraca (Fig. 3). No entanto, não foram encontradas nenhumas. Embora isto possa indicar que é necessário um tamanho de amostra maior para o estudo deste fenómeno, propomos que os depósitos calcários externos, como os encontrados por Harper33, eram aberrantes. Isto indica que o giz geralmente não é usado directamente para fixação de ostras. Mas, como o giz observado por Harper33 foi colocado entre o periostracum e o substrato?
Embora a prensagem do manto do periostracum ao substrato possa ser um componente do processo de cimentação do M. gigas32, um adesivo orgânico-inorgânico produzido pelo manto desempenha um papel central na fixação das ostras ao substrato. Harper33 formulou a hipótese de que a fração orgânica do cimento é capaz de se mover através do periostracum permeável para preencher o espaço entre esta camada e o substrato, anexando assim a ostra. Há evidências adicionais que sugerem que o manto orgânico secretado tem um papel central na determinação da morfologia do cristal nas conchas dos moluscos34,35,36,37,38,39. Assim, se os precursores orgânicos secretados do manto de calcite calcária foram inadvertidamente vazados através do periostracum poroso, isto pode explicar o presente do giz em um espaço que normalmente seria ocupado pelo cimento33. Embora esta continue sendo uma hipótese especulativa, um trabalho adicional caracterizando os constituintes orgânicos das camadas de casca, e abordando a capacidade destes orgânicos de se mobilizarem através do periostracum, ajudaria a resolver estas questões.
Ecologia funcional do giz Os dados aqui apresentados indicam que o giz está associado à variabilidade morfológica em M. gigas, e é útil para a cimentação porque permite ao animal se conformar a um substrato irregular enquanto mantém um espaço interno favorável. Embora muitos outros bivalves sejam capazes de alcançar um estilo de vida cimentado sem o uso de giz, a alta porosidade do giz produz uma estrutura de casca muito menos densa do que a folhagem circundante19,40. Além disso, a formação de giz está associada a taxas de crescimento rápido, e conchas muito grandes e espessas10,23. Isso indica que o giz, além de ser útil para a cimentação e acomodação da plasticidade morfológica, permite o rápido crescimento da casca ao agir como um material de construção relativamente barato durante a construção da casca. Trabalhos futuros comparando a força ou durabilidade da cimentação em ostras que produzem giz versus ostras e outros bivalves cimentícios que não o fazem (por exemplo, os camarões) forneceriam uma visão adicional sobre os tradeoffs associados ao uso deste material para auxiliar a cimentação. Por último, embora trabalhos recentes sugiram que fólio e giz são precipitados de forma síncrona20,41 , permanecem questões em aberto quanto ao tempo de deposição de fólio versus giz dentro da concha. Experimentos adicionais empregando tanto técnicas de marcação (por exemplo, calceína) quanto geoquímica isotópica estável ajudariam a determinar a relação temporal entre giz e fólio, particularmente no que diz respeito à formação de quebras de crescimento e outras características discutidas aqui.