Organic components of the skeleton of scleractinian corals - evidence from in situ acridine orange staining

• Autorzy: Gautret P , Cuif J P , Stolarski J

Warianty tytułu

PL

Substancje organiczne w szkielecie Scleractinia oraz ich wykrywanie metoda barwienia oranzem akrydynowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Scleractinian skeleton is composed of mineral and organic phases. Using staining techniques (acridine orange dye) Johnston's (1980) pioneering observations of intraskeletal organic envelopes in Pocillopora damicornis coralla can be extended to two other coral reef genera i.e., Acropora and Favia. The concept of biologically mediated growth of coral skeleton stands in opposition to the purely mineralogic concept of fiber growth of Bryan and Hill (1941) widely applied until recently in geological and paleontological literature. Presence of active mineralizing organic components within the skeleton explains various patterns of microstructural organization more accurately than the mineralogic concept of 'crystal growth competition' of Barnes (1970) alone. Biochemical degradation of intraskeletal organic matrices is considered to be involved in the initial diagenesis of coral skeleton, and may explain selective silicification of the late Cretaceous Coelosmilia sp. from Poland.

PL

W dotychczasowej literaturze geologiczno-paleontologicznej poświęconej Scleractinia interpretacje dotyczace budowy mikrostrukturalnej szkieletu oparte były o model zaproponowany przez Bryan i Hill (1941). Według tego modelu, tworzenie włókien szkieletu korali tłumaczą reguły fizyko-chemiczne obowiązujące w trakcie czysto abiotycznej krystalizacji - np. "wzrost kompetencyjny" kryształów (Constantz 1986), zaś biologiczna regulacja sprowadza się jedynie do inicjowania centrów kalcyfikacji ("zarodków krystalizacji"). Tymczasem, w literaturze biologicznej, wzrost szkieletu różnych organizmów, w tym korali, rozumiany był od dawna w kategoriach uzupełniających się aktywności fazy mineralnej i organicznej szkieletu. Szczególnie ważne były pod tym względem badania Johnstona (1980), który wykazał, że u Pocillopora damicornis obecne są organiczne otoczki pęków włókien, które wnikają wgłąb szkieletu oraz, że w marginalnej, wzrostowej jego części włókna szkieletowe przenika ,,organiczna siateczka" (organic meshwork). W niniejszej pracy potwierdzamy obserwacje Johnstona (1980) dotyczące występowania organicznych otoczek pęków włókien szkieletowych. Ich obecność stwierdzamy w szkieletach współczesnych korali rafowych Acropora i Favia za pomocą metody barwienia oranżem akrydynowym. Na podstawie odmiennych widm fluorescencyjnych zabarwionych struktur organicznych wyróżniamy trzy główne rejony w szkielecie badanych korali: (1) centra kalcyfikacji, (2) włókna szkieletowe tworzące podstawową część septum, oraz (3) marginalną, wzrostową strefę szkieletu. Różnice w reakcji chromatycznej między zawartymi w tych rejonach strukturami organicznymi, szczególnie między organicznymi składnikami centrów kalcyfikacji i otoczkami pęków włókien, sugerują ich odmienny skład biochemiczny. Odmienne barwy fluorescencyjne otoczek pęków włókien u Favia i Acropora sugerują, że różnice biochemiczne między tymi strukturami mają podłoże taksonomiczne. Selektywne trawienie szkieletu z użyciem enzymów i kwasów organicznych, potwierdza zaś drugą obserwację Johnstona dotyczącą występowania substancji organicznej wewnątrz włókien szkieletu. Trawione w ten sposób włókna ukazują obecność mikronowej grubości warstewek organicznych, rytmicznie odkładanych w ich wnętrzu. Występowanie wewnątrzszkieletowych substancji organicznych ma znaczenie przy reinterpretacji szeregu tradycyjnych poglądów na temat diagenezy szkieletu korali. Rozpatrując czynniki wpływające na diagenezę należy uwzględniać nie tylko takie czynniki geochemiczne jak stabilność aragonitu/kalcytu w środowisku wodnym, obecność, skład i temperaturę roztworów wewnątrzporowych, ale również czynniki biochemiczne takie jak występowanie, przestrzenna konfiguracja i skład chemiczny substancji organicznych przenikających strukturę szkieletu. Substancje te, podlegają już w trakcie wzrostu szkieletu oraz po śmierci korala przemianom biochemicznym i przyczyniają się do kształtowania specyficznego mikrośrodowiska diagenetycznego w przestrzeniach wewnątrzszkieletowych. Przestrzenne ułożenie krzemionkowych otoczek pęków włókien oraz obecność krzemionki w strefie środkowej septum (rejonie występowania centrów kalcyfikacji) w skalcytyzowanym szkielecie Coelosmilia sp. z późnokredowych opok okolic Kazimierza Dolnego odzwierciedla rozmieszczenie struktur ogranicznych u współczesnych korali takich jak np. Favia. Sugeruje to, że wytrącenie krzemionki z nasyconego nią roztworu było następstwem rozkładu wewnątrzszkieletowych struktur organicznych i lokalnego obniżenia pH.

Słowa kluczowe

PL

Favia; substancje organiczne; Scleractinia; metody badan; diageneza; Acropora; korale; rafy koralowe; paleontologia; szkielet; oranz akrydynowy; mikrostruktura; oznaczanie; wlokna szkieletowe; barwienie

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Palaeontologica Polonica
• Rocznik: 2000
• Tom: 45
• Numer: 2
• Opis fizyczny: s.107-118,fot.,bibliogr.

Twórcy

autor

Gautret P

• Universite Paris XI-Orsay, F-91405 Orsay cedex, France

autor

Cuif J P

• Universite Paris XI-Orsay, F-91405 Orsay cedex, France

autor

Stolarski J

• Instytut Paleobiologii PAN, uul. Twarda 51/55, PL-00-818 Warszawa, Poland

Bibliografia

• Addadi, L. & Weiner, S. 1985. Interactions between acidic proteins and crystals: stereochemical requirements in biomineralization. - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 82, 4110-4114.
• Barnes, D. 1970. Coral skeletons: an explanation of their growth and structure. -Science 170, 1305-1308.
• Bevelander, G. & Nakahara, H. 1980. Compartment and envelope formation in the process of biological mineralization. In: M. Omori & N. Watabe (eds.), The Mechanisms of Biomineralization in Animals and Plants, 19-27. Proceedings of the Third International Biomineralization. Symposium, Tokai University Press.
• Błaszkiewicz, A. 1980. Campanian and Maastrichtian ammonites of the Middle Vistula River valley, Poland: a stratigraphic-paleontological study. - Prace Państwowego Instytutu Geologicznego 92, 1-63.
• Burnett, J.A., Hancock, J.M., Kennedy, W.J., & Lord, A.R. 1992. Macrofossil, planktonic forminiferal and nannofossil zonation at the Campanian/Maastrichtian boundary. - Newsletter of Stratigraphy 27, 157-172.
• Bryan, W.H. 1941. Spherulites and allied structures. Part I. -Proceedings of the Royal Society of Queensland 52, 41-53.
• Bryan, W.H. & Hill, D. 1941. Spherulitic crystallization as a mechanism of skeletal growth in the hexacorals. -Proceedings of the Royal Society of Queensland 52, 78-91.
• Constantz, B. 1986. Coral skeleton construction: a physiochemically dominated process. - Palaios 1, 152-158.
• Cuif, J.P., Dauphin, Y., & Gautret, P. 1997. Biomineralization features in scleractinian coral skeletons: source of new taxonomic criteria. - Boletín de la Real Sociedad Española de Historia Natural (Sección Geológica) 92, 129-141.
• Cuif, J.P. & Dauphin, Y. 1998. Microstructural and physico-chemical characterization of 'centers of calcification' in septa of some Recent scleractinian corals. - Paläontologische Zeitschrift 72, 257-270.
• Cuif, J.P. & Perrin, C. 1999. Micromorphology and microstructure as expressions of scleractinian skeletogenesis in Favia fragum (Esper, 1795) (Faviidae, Scleractinia). - Zoosystema 21, 137-156.
• Gautret, P. & Marin, F. 1992. Evaluation of diagenesis in scleractinian corals and calcified demosponges by substitution index measurement and intraskeletal organic matrix analysis. - Courier Forschungsinstitut Senckenberg 164, 317-327.
• Gautret, P., Cuif, J.P., & Freiwald, A. 1997. Composition of soluble mineralizing matrices in zooxanthellate and non-zooxanthellate scleractinian corals: biochemical assessment of photosynthetic metabolism through the study of a skeletal feature. - Facies 36, 189-94.
• Goreau, T. 1956. Histochemistry of mucopolysaccharide-like substances and alkaline phosphatase in Madreporaria. -Nature 177, 1029-1030.
• Goreau, T. 1959. The physiology of skeleton formation in corals. 1. A method for measuring the rate of calcium deposition under different conditions. - Biological Bulletin 116, 59-75.
• Heider, A. von. 1882 (1881). Die Gattung Cladocora Ehrenb. - Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschafen, mathematisch-naturwissenschafliche Klasse 84, 634-667.
• Johnston, I.S. 1980. The ultrastructure of skeletogenesis in hermatypic corals. -International Review of Cytology 67, 171-214.
• Knoll, A.H. 1985. Exceptional preservation of photosynthetic organisms in silicified carbonates and silicified peats. -Philosophical Transactions of the Royal Society of London B. Biological Sciences 311, 111-122.
• Mitterer, R.M. 1978. Amino acid composition and metal binding capability of the skeletal protein of corals. -Bulletin of Marine Science 28, 173-180.
• Ogilvie, M. 1897. Microscopic and systematic study of madreporarian types of corals. - Philosophical Transactions of the Royal Society B 187, 83-345.
• Pratz, E. 1882. Über die verwandtschazftlichen Beziehyngen einiger Korallengattungen mit hauptsächlicher Berücksichtigung ihrer Septalstructur. - Palaeontographica 29, 81-122.
• Siver, R. 1962. Silica solubility, 0-200ºC, and the diagenesis of siliceous sediments. - Journal of Geology 70, 127-150.
• Sorauf, J.E. 1999. Skeletal microstructure, geochemistry and organic remnants in Cretaceous scleractinian corals: Santonian Gosau Beds of Gosau, Austria. -Journal of Paleontology 73, 1029-1041.
• Sorauf, J.E. & Jell, J.S. 1977. Structure and incremental growth in the ahermatypic coral Desmophyllum cristagalli from the north Atlantic. - Palaeontology 20, 1-19.
• Towe, K.M. 1972. Invertebrate shell structure and the organic matrix concept. - Biomineralization 4, 1-14.
• Wetzel, W. 1957. Selektiv Verkieselung. - Neues Jahrbuch für Geologie und Paläntologie. Abhundlungen 105, 1-10.
• Wheeler, A.P. & Sikes, C.S. 1984. Regulation of carbonate calcification by organic matrix. -American Zoologist 24, 933-944.