Fantastiska foraminiferer i extrem miljö
Foraminiferer är små, små organismer som lever i havet. Deras kalkskal kan hittas i sedimenten på bottnarna, och med hjälp av dessa kan forskarna berätta hur forna tiders hav såg ut. En provtagning i Landsortsdjupet avslöjade att kalkskalen påverkas av extrema miljöer, och förändras efter foraminiferernas död. Det är viktig kunskap för framtida forskning att ta hänsyn till.
Landsort är ett namn som många av oss känner igen, kanske från radions sjörapport, eller kanske har man seglat i området och besökt ön? Landsortsdjupet har Östersjöns största vattendjup med sina 459 meter. Det ligger strax sydost om Nynäshamn, och när man studerar högupplösta bilder över havsbotten ser man djupet tydligt.
Det är även en extrem miljö på många andra sätt: det är mörkt och kallt, salthalten är låg och ofta råder syrebrist. Den organiska kolhalten i de svarta sedimenten är väldigt hög, och de stinker av svavelväte på grund av syrebristen. I den här extrema miljön borrades det 2013 i havsbotten i samband med en stor internationell expedition kallad IODP/ECORD expedition 347.
En rad spännande resultat har kommit från borrningen, bland annat från vår forskning om de mikroskopiskt små foraminifererna.
Tre typiska bilder tagna med svepelektronmikroskop på en foraminifer av arten Elphidium clavatum från Landsortsdjupet med olika grader av påverkan post mortem. Till vänster (a) med väldigt lite påverkan och längst till höger (c) väldigt stor påverkan.
FORAMINIFERER
Foraminiferer är encelliga organismer som lever i havet. De är nära släkt med skalamöbor. Storleken är ungefär som ett sandkorn, runt 0,2-0,3 mm, men det finns utdöda arter som var upp till 10 cm stora. Foraminiferer är varken djur eller växter men de har en del djurliknande drag. Däremot kan de inte fotosyntetisera såsom växter och växtplankton gör. De finns i alla marina miljöer och har ofta, men inte alltid, ett kalkskal. Skalen har en eller flera kammare som är fyllda av cytoplasma. Skalens utseende kan variera kraftigt, från en enkel kammare till flera i en avancerad spiralform och allt där emellan. Kamrarna är förbundna med varandra, och skalet har en eller flera huvudöppningar samt porer i skalväggarna. Dessa porer kan vara igenpluggade av olika utfällningar.
Foraminiferer kan leva uppe i den fria vattenmassan (planktoniska arter) eller nere i och på havsbotten (bentiska). Det finns ungefär 50 nu levande planktoniska arter men över 4000 bentiska arter. De kan reproducera sig både asexuellt och sexuellt. Traditionellt sett brukar vi säga att foraminiferer har funnits på jorden runt 540 miljoner år men nya molekylära metoder visar att foraminiferer, särskilt enkla former, troligen är mycket äldre.
Deras skal är ofta en viktig beståndsdel i kalksten, exempelvis består vanlig vit skrivkrita till stor del av planktoniska foraminiferer. Fossila foraminiferer är viktiga för åldersbestämning av olika geologiska enheter. Tack vare att foraminiferer bevaras i stor omfattning i havsbotten som ett slags miljöarkiv vet vi oändligt mycket mer om forna tiders marina miljöer.
Bilder från extrema miljöer
Den minnesgoda läsaren kommer kanske ihåg foraminiferer från en artikel i Havsutsikt 2/2014, där vi skrev om hur vi kan använda dem för att ta tempen på forna tiders hav. Här presenterar vi högupplösta bilder på dessa spännande encelliga mikroorganismer från kanske en av de mest extrema miljöerna där vi kan hitta dem.
Den längsta sedimentkärnan från IODP/ECORD-borrningen i Landsortsdjupet var hela 232,5 meter lång, men det är de översta 28 metrarna som är mer tillförlitligt åldersbestämda. Det motsvarar ungefär de senaste 7000 åren. I stora delar av lagerföljden finns inga eller väldigt få kalkskaliga foraminiferer. De kunde helt enkelt inte leva i Landsortsdjupets bottensediment på grund av den periodvis mycket låga salthalten och bristen på syrgas i bottenvattnet. Men inom vissa intervall hittar vi dem i sedimenten och i vissa fall ser de väldigt besynnerliga ut. När vi analyserar deras kalkskal får vi ovanligt höga koncentrationer av vissa ämnen.
En unik foraminifer från Landsortsdjupet med mangan i rött, järn i blått och kalcium i grönt. Montage av tre olika bilder skapat med hjälp av s.k. mikroröntgenfluorescens.
Påverkade efter sin död
Koncentrationerna av exempelvis grundämnena mangan, järn och barium är periodvis extremt höga. Kvoten av olika ämnen, exempelvis magnesium/kalcium, i kalkskalen brukar vi använda för att bestämma vilken vattentemperatur det var när foraminifererna levde på havsbotten. Men här blir det tydligt att foraminiferernas kalksskal inte bara återspeglar hur miljön var när mikroorganismerna levde, utan de har även blivit kraftigt påverkade av olika processer som har skett i sedimenten post mortem, det vill säga efter deras död.
Vi har kategoriserat foraminiferer i fem typer beroende på hur utsidan av skalen ser ut. Till vänster ett exempel på ett skal med ingen påverkan (typ 1), i mitten en närbild på hur två lager av mangankarbonater har fällts ut ovanpå det ursprungliga kalkskalet (typ 3) och slutligen ett foraminiferskal som är helt täckt av sfäriska mangankarbonater (typ 5).
Sekundära beläggningar har tillkommit både på och inuti foraminiferernas skal genom att bottenmiljön och sedimentens porvatten har innehållit höga halter av olika spårämnen. Vi har lyckats skapa en sorts katalog över hur skalens beläggningar, både på in- och utsidan, kan kategoriseras - alltifrån väldigt liten påverkan till stor påverkan. Dessa olika grader av påverkan är viktiga att ta hänsyn till när vi analyserar foraminiferer, inte bara från Östersjön utan också från andra mer extrema miljöer. Vår katalog kan erbjuda en vägledning för att tolka hur extrem miljön har varit.
Foraminiferernas skal har även blivit påverkade på insidan. Vi har kategoriserat dem i tio olika grupper, och här visar vi tre. Längst till vänster ser vi en del av skalet med öppna porer (typ 1). I mitten ser vi att porerna är fyllda av mangankarbonater och att ett nätverk av kristaller har växt till över den ursprungliga kalciumkarbonaten (typ 5). Längst till höger en typ 10, här har till och med andra mineral som inte är karbonater bildats inuti en av kamrarna.
Forna tiders havsmiljö
Varför är detta viktigt? Foraminiferer är, trots sin lilla storlek, viktiga ur många aspekter i det marina ekosystemet och då de bygger sina skal av kalk även betydelsefulla i den marina kolcykeln.
Inom vår forskning, där vi är intresserade av forna tiders havsmiljöer, kan vi utnyttja dem som havens egna minidiktafoner. I deras skal byggs olika ämnen och isotoper in, och genom att vi kan analysera skalen kan vi också ta reda på till exempel vilken salthalt eller temperatur det var när foraminifererna levde.
Men när de har levt i en sådan havsmiljö som Landsortsdjupet eller liknande måste vi ta hänsyn till alla de processer som har påverkat skalen även efter foraminiferenas död. Det leder till nya spännande frågor att arbeta vidare med.