การศึกษา biominerals สามารถช่วยให้นักธรณีวิทยาเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่โลกอาจเปลี่ยนแปลงจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในทศวรรษหน้า
ภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลงไป : Smithsonian เป็นมากกว่านิทรรศการและสิ่งประดิษฐ์ที่มีชื่อเสียงระดับโลก เป็นองค์กรที่อุทิศตนเพื่อทำความเข้าใจว่าอดีตแจ้งปัจจุบันและอนาคตอย่างไร เราจะแสดงให้คุณเห็นสัปดาห์ละครั้งว่าแผนกวิจัยทางวิทยาศาสตร์ทั้งเจ็ดแห่งของพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติใช้บทเรียนจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในอดีตและนำไปใช้กับศตวรรษที่ 21 และต่อ ๆ ไปอย่างไร
แร่ธาตุเป็นที่รู้จักจากแหล่งกำเนิดทางธรณีวิทยา แต่ไม่ได้สร้างขึ้นโดยโลกเท่านั้น เป็นเวลากว่า 3.5 พันล้านปีที่สิ่งมีชีวิตได้สร้างส่วนที่แข็งของตัวเองขึ้นมา นั่นคือ biominerals
“แร่ธาตุประกอบเป็นโครงกระดูก เปลือกหอย และชิ้นส่วนแข็งของสิ่งมีชีวิตจำนวนมาก กระดูกของเราเป็นแร่ธาตุชีวภาพ และต้องขอบคุณพวกมันที่ทำให้เราเดินและเคลื่อนไหวได้” Gabriela Farfanผู้ดูแลอัญมณีและแร่ธาตุของ Coralyn Whitney จากพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติ Smithsonianกล่าว
นอกเหนือจากการช่วยให้สิ่งมีชีวิตทำงานในหลาย ๆ ด้านแล้ว biominerals ยังมีข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมโดยรอบอีกด้วย การตรวจสอบโครงสร้างทางเคมีในวัสดุชีวภาพสามารถเปิดเผยเบาะแสเกี่ยวกับสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงของโลกตลอดเวลา
“อดีตคือกุญแจสู่ปัจจุบันและอนาคต หากเราสามารถเข้าใจกลไกการทำงานของ biomineralization ในตอนนั้น บางทีเราอาจใช้เป็นกฎทั่วไปในการศึกษาอนาคต” Ioan Lascu นักธรณีวิทยาเพื่อการวิจัยและ Edward และ Helen Hintz Secretarial Scholar จาก Department of Mineral Sciencesของพิพิธภัณฑ์กล่าว
ในขณะที่แบคทีเรียยังคงถูกล้อมรอบและปกคลุมไปด้วยแร่ธาตุที่สร้างขึ้นและติดอยู่ใน ‘สารที่หนา’ ที่พวกมันสร้างขึ้น พวกมันจำเป็นต้องออกจากเงามืดเหล่านี้และเติบโตขึ้นไปถึงดวงอาทิตย์และทำการสังเคราะห์แสงต่อไป เมื่อทำอย่างนั้น ชั้นที่เรียงซ้อนกันเหล่านี้จะก่อตัวขึ้นและประสานเป็นเส้นๆ ที่มีลักษณะเหมือนแพนเค้กแผ่นบางๆ
“ชุมชนเหล่านี้เติบโตตลอดเวลาด้วยโครงสร้างลามิเนตที่สร้างขึ้นจากพื้นทะเล” Suosaari กล่าว “โครงสร้างมีความชัดเจน ดังนั้นเมื่อคุณพบสโตรมาโทไลต์ในบันทึกหิน เรารู้ว่าครั้งหนึ่งเคยมีชีวิตอยู่ที่นั่น”
สโตรมาโทไลต์โบราณไม่เพียงมีความสำคัญต่อสิ่งที่สามารถเปิดเผยเกี่ยวกับอดีตเท่านั้น พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์เหล่านี้คงอยู่อย่างยืดหยุ่นเป็นเวลาหลายพันล้านปีได้อย่างไร
แม้ว่าในปัจจุบันนี้ สโตรมาโทไลต์สมัยใหม่จะพบไม่บ่อยในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง และเจริญรุ่งเรืองในสถานที่ที่สิ่งมีชีวิตอื่นๆ มีปัญหา ตัวอย่างเช่น การรวมกลุ่ม stromatolite ทางทะเลที่ใหญ่ที่สุดและหลากหลายที่สุดในโลกมีความเค็มเป็นสองเท่าของมหาสมุทรเปิด การปรับตัวของชุมชนจุลินทรีย์ในการใช้ชีวิตและเจริญเติบโตในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมีความสำคัญต่อการอยู่รอดและความคงอยู่ของพวกมันหลังจากการระเบิดชีวิตในช่วงยุคแคมเบรียนเมื่อประมาณ 540 ล้านปีก่อน
“เมื่อชีวิตสูงขึ้น ชุมชนจุลินทรีย์ที่สร้างสโตรมาโตไลต์มักจะถูกกำจัดออกไปหรือแย่งชิงพื้นที่” Suosaari กล่าว
สโตรมาโตไลต์เป็นตัวอย่างหนึ่งของวิธีที่ biominerals สามารถเปิดเผยอดีตของโลกได้ แต่นักธรณีวิทยายังต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต ที่พิพิธภัณฑ์ พวกเขากำลังทำเช่นนั้นโดยศึกษาว่าสิ่งมีชีวิตและไบโอไมเนอรัลของพวกมันกำลังเปลี่ยนแปลงทางเคมีในปัจจุบันอย่างไร
เงื่อนงำการตกผลึกในปะการัง
ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศดำเนินไป สภาพแวดล้อมก็ผันผวนในแบบที่ไม่เคยมีมาก่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับมหาสมุทร ปัจจุบัน มหาสมุทรมีความเป็นกรดมากขึ้น เนื่องจากมีคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศที่ดูดซับมากขึ้นเรื่อยๆ
สำหรับสัตว์ทะเล เช่น ปะการัง ที่ใช้ biomineralization เพื่อสร้างแนวปะการัง การทำให้เป็นกรดในมหาสมุทรเป็นข่าวร้าย ปะการังหลั่ง biomineral ที่ทำจากแร่คาร์บอเนตที่เรียกว่า aragonite ซึ่งละลายได้เร็วกว่าในน้ำที่มีความเป็นกรดสูง เมื่อความเป็นกรดของมหาสมุทรเพิ่มขึ้น โครงสร้างแนวปะการังก็กำลังกัดเซาะ นี่เป็นสิ่งสำคัญในการศึกษาเพราะแนวปะการังเป็นที่หลบภัยสำหรับสัตว์ทะเล
เมื่อพิจารณาว่าผลึกในแนวปะการังเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร Farfan สามารถคาดการณ์ว่าคริสตัลจะตอบสนองอย่างไรในอนาคต เนื่องจากเคมีในมหาสมุทรยังคงเป็นกรด
“เช่นวงแหวนของต้นไม้ ปะการังเติบโตเป็นชั้น ๆ เมื่อเวลาผ่านไป โดยการวิเคราะห์ลายเซ็นแร่และเคมีของชั้นเหล่านี้ เราสามารถเข้าใจว่าสภาพแวดล้อมในมหาสมุทรในอดีตเป็นอย่างไร” Farfan กล่าว
ไบโอไมเนอรัลจากแนวปะการังเป็นที่เก็บข้อมูลเกี่ยวกับการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม ข้อมูลที่เก็บไว้สามารถนำไปใช้เพื่อปรับปรุงการคาดการณ์เกี่ยวกับสภาพอากาศโลกและภูมิประเทศทางทะเลในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
Farfan กล่าวว่า “สภาพแวดล้อมมีอิทธิพลต่อโครงสร้างคริสตัลและเคมี ดังนั้นการตรวจสอบคริสตัลจึงสามารถบอกเราเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมได้”
กุญแจชีวภาพสู่อนาคต
Biomineralization เป็นที่ที่อดีตและปัจจุบันเชื่อมต่อกัน ไบโอไมเนอรัลคือภาพรวมของสภาพแวดล้อมในมหาสมุทร สภาพบรรยากาศ และความผันผวนของชีวมณฑลตลอดเวลา
“เมื่อเราเห็นว่าตัวแปรต่างๆ มีพฤติกรรมอย่างไร เราก็สามารถแจ้งแบบจำลองสภาพภูมิอากาศเพื่อค้นหาว่าจะเกิดอะไรขึ้นในอนาคตหากแนวโน้มบางอย่างยังคงดำเนินต่อไป” Lascu กล่าว
การศึกษาวัสดุเหล่านี้สามารถช่วยให้นักธรณีวิทยาเรียนรู้เพิ่มเติมว่าโลกอาจเปลี่ยนแปลงจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในทศวรรษหน้าได้อย่างไร
“เรามีอุณหภูมิ ความดัน และสภาพทางกายภาพในมหาสมุทรที่มีความสำคัญต่อการผลิตไบโอไมเนอรัล เมื่อเราเข้าใจว่าสิ่งเหล่านี้มีความสัมพันธ์กันอย่างไร เราก็สามารถเริ่มคิดว่านั่นจะหมายถึงอะไรสำหรับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในอนาคต” Farfan กล่าว
ติดตามเรื่องราวต่อไปในซีรีส์ Evolving Climateในวันที่ 29 เมษายน เราจะแสดงให้คุณเห็นว่านักวิจัยใน Department of Paleobiology ของพิพิธภัณฑ์ใช้ฟอสซิลพืชเพื่อสร้างสภาพอากาศในอดีตของโลกขึ้นมาใหม่และให้ข้อมูลการวิจัยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในวันนี้ได้อย่างไร
