Comment exactement le corail fabrique-t-il son squelette, un oursin fait-il pousser une colonne vertébrale ou un ormeau forme-t-il la nacre de sa coquille ? Une nouvelle étude menée à l'Advanced Light Source du Laboratoire national Lawrence Berkeley du ministère de l'Énergie (Berkeley Lab) a révélé que ce processus de biominéralisation, que les créatures marines utilisent pour emprisonner le carbone dans leur corps, est plus complexe et diversifié qu'on ne le pensait auparavant. /P>

Les chercheurs ont étudié les bords d'échantillons de coraux, d'oursins et de mollusques, où des éléments constitutifs temporaires appelés « précurseurs minéraux » commencent à former la nouvelle coquille ou le nouveau squelette. Là, ils ont découvert une surprise :les coraux et les mollusques produisaient un précurseur minéral qui n'avait jamais été observé auparavant dans les organismes vivants et qui n'avait été créé que récemment par synthèse.

Ils ont également constaté une variété dans les types d’éléments de base présents. Les scientifiques s’attendaient à voir des précurseurs « amorphes », des minéraux dépourvus de structure atomique répétitive. Ils l’ont fait, mais ils ont également trouvé des précurseurs « cristallins », des minéraux plus structurés et plus ordonnés. La recherche est publiée dans la revue Nature Communications .

"Une observation fascinante est que les squelettes de coraux et la nacre de mollusque se forment exactement avec les mêmes précurseurs, mais qu'ils ont évolué complètement séparément les uns des autres", a déclaré Pupa Gilbert, chercheur invité au Berkeley Lab et professeur à l'Université du Wisconsin. , Madison. Elle a noté que les deux espèces ont commencé à produire des biominéraux longtemps après avoir divergé l'une de l'autre sur l'arbre de vie.

"C'est cool parce que cela signifie que fabriquer un biominéral de cette façon, avec autant de précurseurs, constitue un avantage évolutif - énergétiquement, thermodynamiquement ou d'une autre manière", a déclaré Gilbert. "En tant que physicien, je trouve fascinant qu'une grande partie de la vie, et de la biologie en général, exploite la beauté de la physique pour obtenir des avantages évolutifs."

Les scientifiques ont également découvert différentes proportions d’éléments constitutifs présents selon les espèces. Le précurseur minéral surprise, le carbonate de calcium hémihydraté (CCHH), et un autre élément constitutif (monohydrocalcite, ou MHC) ont tous deux été trouvés dans les coraux et les mollusques. Mais le CCHH et le MHC n'étaient visibles qu'à l'état de traces dans les épines des oursins, ce qui suggère que différents animaux adoptent différentes approches en matière de biominéralisation.

Les chercheurs ont fait cette découverte en utilisant l’Advanced Light Source (ALS), un accélérateur de particules circulaire qui produit des faisceaux de lumière intenses. L’ALS peut agir comme un puissant microscope, fournissant des informations sur la structure atomique et chimique des échantillons. Les scientifiques ont utilisé deux techniques différentes pour étudier la surface des matériaux et leur composition chimique, révélant ainsi des minéraux inattendus ainsi que la variété de leurs éléments constitutifs.

"C'est extrêmement compliqué de mener ces expériences car nous devons analyser les échantillons immédiatement, alors qu'ils sont frais, pour voir les précurseurs au fur et à mesure que les biominéraux se forment", a déclaré Gilbert.

"Si nous attendons juste un jour, nous passons à côté de ces phases qui n'existent que de manière transitoire. Au Berkeley Lab, nous disposons de cette capacité unique qui nous permet de préparer les échantillons sur place, puis d'avoir accès à ce fantastique faisceau et à ces microscopes qui sont les meilleurs du marché. monde et donnez-nous la résolution à l'échelle nanométrique et la sensibilité en profondeur dont nous avons besoin."

Pour étudier les particules minérales à ce niveau minuscule, les chercheurs ont également développé une nouvelle méthode appelée « Myriad Mapping ». La technique permet de visualiser tous les différents types et concentrations relatives de minéraux sur une seule image ; les méthodes précédentes limitaient les chercheurs à seulement trois types de minéraux. L'approche peut également avoir des applications dans d'autres domaines allant de l'échelle atomique à l'échelle cosmique.

Gilbert et ses collaborateurs mènent des recherches en cours sur la façon dont l’acidité croissante de l’eau des océans affecte la façon dont les créatures marines produisent des biominéraux. Comprendre ce processus est essentiel pour prédire comment la vie marine réagira aux changements environnementaux tels que des océans plus acides causés par le changement climatique.

Plus d'informations : Connor A. Schmidt et al, Myriad Mapping of nanoscale Minerals révèle un hémihydrate de carbonate de calcium dans la formation de biominéraux de nacre et de corail, Nature Communications (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-46117-x

Informations sur le journal : Communications naturelles

Fourni par le Laboratoire national Lawrence Berkeley