Plankton: Eine Zeitkapsel für wissenschaftliche Untersuchung

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Einige der größten Fragen, vor denen die Wissenschaft heute Fragen, wie Klima, die Ozeane und die Ökosysteme der Erde in der Zukunft ändern werden. Um vorherzusagen, was ist zu kommen, benötigen die Wissenschaftler eine langfristige Perspektive für letzten Umweltbedingungen Kontext, einen Basisplan und vielleicht sogar Analoga für zukünftigen globalen Wandels zu. Aber wie lernen wir über die ferne Vergangenheit, wenn wir nicht vom Menschen verursachten Datensätze haben?

Eine innovative Lösung: Paleo-Proxies oder chemischen und physikalischen Eigenschaften bewahrt in den Fossilien, die Beweise der alten Umgebungen enthalten. Unter den am häufigsten verwendeten Proxies verwendet, prähistorische Klima und das Meer zu studieren sind Bedingungen Foraminiferen oder "Forams" kurz. Forams sind eine Art von Plankton, das seit Millionen von Jahren, Leben in den unterschiedlichsten marinen Umgebungen bestehen. Ihre Schalen häufig Carbonat, die Chemie des Ozeans aufnehmen, wie sie wachsen. Dies bedeutet, dass in fossilen Foram Schalen enthaltene Informationen das Potenzial hat, für bestimmte Zeiträume zu enthüllen, was die Temperatur des Ozeans war, wie viel Eis auf dem Land war, wie die Ozeane im Umlauf waren und wie sauer das Meer war — die verweist direkt auf die CO2-Konzentration der Atmosphäre.

Um fossile Forams als Proxys verwenden, ist ein genaues Verständnis der Beziehungen zwischen Foram Muscheln und Umweltfaktoren wie Temperatur und Säure erforderlich. Deshalb kommen Howie Spero und die Foraminiferen Kultivierung Programm.

Im Jahr 1975 die National Science Foundation finanziert zwei Forscher von der Universität von Columbia Lamont-Doherty Earth Observatoryto sammeln und wachsen (oder Kultur) live Forams im Labor zum ersten Mal. Spero 1979 als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig und arbeitete mit live Forams während seiner Doktorarbeit. 1989 erhielt er eine NSF-Stipendium, diese Arbeit an die Wrigley Marine Science Centeron Santa Catalina Island, Kalifornien, zu tragen und seine Forschungsgruppe UC Davis hat Kultivierung Forams NSF unterstützt seitdem.

Kultivierung im Labor ermöglicht Spero und sein Team, die physikalischen und chemischen Bedingungen zu manipulieren, unter denen Forams wachsen und dann die Beziehungen zwischen diesen Bedingungen und der chemischen Zusammensetzung des Foram Muscheln zu beobachten. Die Beziehungen in der heutigen Labor beobachtet können verwendet werden, um eine verfeinerte, mathematische Verständnis der fossilen Forams, welche über alte Umgebungen anzugeben zu entwickeln. Dieses Verfahren nennt man "kalibrieren" Paleo Proxy-Beziehungen.

Im Laufe der Jahre führte das Foram Kultivierung Programm zu einer Reihe von Durchbrüchen, Kalibrierung, die dazu beigetragen haben, um Paleo Proxy-Forschung auf dem neuesten Stand der modernen Wissenschaft zu treiben. Die ersten Mg/Ca "Paleothermometer," zum Beispiel – in dem das Verhältnis zwischen Magnesium und Calcium in fossilen Foram Muscheln verwendet wird, um den Ozean Temperatur berechnen – entwickelt und von Spero und seinem Team kalibriert wurde. Sie führten die ersten Experimente um die Beziehungen zwischen Trace elements in Foram Schalen (z.B. Barium, Cadmium, Uran, Bor) und Meeresbedingungen wie Salzgehalt, Alkalinität, Nährstoffe und pH-Wert zu ermitteln. Und sie haben nicht nur Paleo Proxy-Beziehungen im Labor entwickelt: sie haben sie auch auf den Fossilien, vorbei an Änderungen in den Tropen Verknüpfung angewendet und subtropische Umgebungen zu Verschiebungen im ozeanischen Zirkulation während der Eiszeiten und abrupten Klima Änderungsereignisse.

Was kommt als nächstes für die Foram Kultivierung Programm? Seine neuesten Projekte umfassen erforschen die Mechanismen der Schalenbildung und Einsatz neuer Techniken, um extrem Feinskaligen chemische Variationen innerhalb von Muscheln (über µm oder Tausendstel Millimeter) zu verstehen. Spero und sein Team sind auch die Paleothermometry-Toolbox, um die Nutzung der verschiedenen Formen der Sauerstoffatome (oder Isotope) in verschiedenen Arten des Forams erweitern.

Wie ihre Arbeit am heutigen Forams mehr über die Vergangenheit verrät, die Vergangenheit kann mehr über den gegenwärtigen Zustand des Ozean-Klimasystems offenbaren – und was in Zukunft kommen wird.

Anmerkung der Redaktion: Die Forscher in Behind the Scenes Artikel dargestellt wurden unterstützt durch die National Science Foundation , die Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik beauftragt. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Siehe die hinter die Kulissen-Archiv.