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Late Miocene threshold response of marine algae to carbon dioxide limitation

机译：海洋藻类对二氧化碳限制的中新世晚期阈值响应

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Coccolithophores are marine algae that use carbon for calcification and photosynthesis. The long-term adaptation of these and other marine algae to decreasing carbon dioxide levels during the Cenozoic era has resulted in modern algae capable of actively enhancing carbon dioxide at the site of photosynthesis. This enhancement occurs through the transport of dissolved bicarbonate (HCO_3~-) and with the help of enzymes whose expression can be modulated by variable aqueous carbon dioxide concentration, [CO_2], in laboratory cultures. Coccolithophores preserve the geological history of this adaptation because the stable carbon and oxygen isotopic compositions of their calcite plates (coccoliths), which are preserved in the fossil record, are sensitive to active carbon uptake and transport by the cell. Here we use a model of cellular carbon fluxes and show that at low [CO_2] the increased demand for HCO_3~- at the site of photosynthesis results in a diminished allocation of HCO_3~- to calcification, which is most pronounced in larger cells. This results in a large divergence between the carbon isotopic compositions of small versus large coccoliths only at low [CO_2]. Our evaluation of the oxygen and carbon isotope record of size-separated fossil coccoliths reveals that this isotopic divergence first arose during the late Miocene to the earliest Pliocene epoch (about 7-5 million years ago). We interpret this to be a threshold response of the cells' carbon acquisition strategies to decreasing [CO_2]. The documented coccolithophore response is synchronous with a global shift in terrestrial vegetation distribution between 8 and 5 Myr ago, which has been interpreted by some studies as a floral response to decreasing partial pressures of carbon dioxide (Pco_2) in the atmosphere. We infer a global decrease in carbon dioxide levels for this time interval that has not yet been identified in the sparse Pco_2 proxy record but is synchronous with global cooling and progressive glaciations.%“钙板金藻”(又名球石藻，在海洋浮游生物中rn广泛分布)在藻类中是独特的，因为它们将碳rn既用于钙化、又用于光合作用。在这项研究rn中，Clara Bolton和Heather Stoll采用一个细胞rn碳流量模型发现，当二氧化碳浓度低时，这些rn生物将会把碳优先分配给光合作用而不是钙rn化，特别是在较大的细胞中。这一点反映在小rn球石和大球石的同位素特征之间的一个差别rn上，该差别在二氧化碳浓度高时会减小。这一rn模式可以在化石记录中看到。作者在距今大约rn600万年前的小球石和大球石之间发现了一个rn同位素分化，将此解读为细胞的碳获取对于当rn时二氧化碳浓度的普遍下降的一种临界反应。
机译：球墨镜藻是利用碳进行钙化和光合作用的海藻。这些海藻和其他海藻在新生代时代对降低二​​氧化碳水平的长期适应，导致了现代藻类能够在光合作用的位置主动增强二氧化碳。这种增强作用是通过溶解的碳酸氢盐（HCO_3-）的转运以及在实验室培养物中通过可变的含水二氧化碳浓度[CO_2]调节其表达的酶的帮助而实现的。球墨石保留了这种适应的地质历史，因为保存在化石记录中的方解石板（球石）的稳定碳和氧同位素组成对细胞吸收和转运活性碳很敏感。在这里，我们使用细胞碳通量模型，表明在低[CO_2]时，光合作用位点对HCO_3〜-的需求增加，导致HCO_3〜-对钙化的分配减少，这在较大的细胞中最为明显。这导致仅在低[CO_2]的情况下，小椰壳和大椰壳的碳同位素组成之间存在较大差异。我们对大小分隔的化石coccoliths的氧和碳同位素记录的评估表明，这种同位素差异首先出现在中新世晚期至最早的上新世时代（大约7-5百万年前）。我们将其解释为细胞碳捕获策略对降低[CO_2]的阈值响应。已记录的球石藻响应与8到5 Myr之前的全球植被分布的整体变化同步，这已被一些研究解释为对大气中二氧化碳分压（Pco_2）降低的花卉响应。我们推断出此时间间隔内二氧化碳水平的全球下降，这在稀疏的Pco_2代理记录中尚未发现，但与全球冷却和渐进的冰川同步。％“钙板金藻”（又名球石藻，在海洋浮游生物中rn广泛分布）在藻类中是独特的，因为它们将碳rn既用于钙化，又用于光合作用。在此研究rn中，Clara Bolton和Heather Stoll采用了一个细胞rn碳流量模型发现，当二氧化碳浓度低时，这些rn生物将把碳优先分配给光合作用而不是钙rn化，特别是在穿透的细胞中。这一点反映在小rn球石和大球石的散射特征之间在一个大约600年前的小球石和大球石之间发现了一个rn同位素分化，重组解释为细胞的碳获取对于当时时浓度达到普遍下降的一种临界反应。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2013年第7464期|558-562b1|共6页
  • 作者

    Clara T. Bolton; Heather M. Stoll;

  • 作者单位

    Geology Department, University of Oviedo, Jesus Arias de Velasco S/N, 33005, Oviedo, Asturias, Spain;

    Geology Department, University of Oviedo, Jesus Arias de Velasco S/N, 33005, Oviedo, Asturias, Spain;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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