Жер асты камераларында көмірқышқыл газы жиналатын ортада кейбір құмырсқа түрлері тек осындай ортаға бейімделіп қана қоймай, оның ерекшеліктерін өз қажетіне пайдаланады. Көмірқышқыл газын толықтай сыртқа шығарып тастау орнына, оның бір бөлігі жәндіктердің өздері арқылы берік минералды қабатқа айналып, бұл қабат олардың сауытын күшейтеді.

Жапырақ кескіштердің тіршілік ерекшеліктері

Саңырауқұлақ өсіретін жапырақ кескіштер жәндіктер арасында өзіндік фермерлер болып саналады. Кейбір түрлері жаңа жапырақтарды жинап, оларды саңырауқұлақтарға субстрат ретінде қолданса, басқалары детрит пен түскен өсімдік бөліктерін пайдаланады. Ұяларда өсірілетін саңырауқұлақтар колониядағы көптеген мүшелер үшін негізгі қорек көзі болып табылады.

Алайда жер астындағы «фермерлік» желдету мәселесіне тап болады. Бір мезетте миллиондаған құмырсқалар өмір сүретін, саңырауқұлақтар өсетін және өсімдік қалдықтары ыдырайтын колонияларда камералардағы көмірқышқыл газының (CO2) концентрациясы айтарлықтай артуы мүмкін. Табиғи газ алмасу бетімен қиындайды, ал ауа жаңартылмаса, ұя ішіндегі атмосфера тыныс алуға қолайсыз болып кетеді.

Жапырақ кескіштерде ұядан CO2-ні шығаратын механизмдер бар болғанымен, олардың тиімділігі түрге байланысты әртүрлі, және бәрі бірдей мінсіз желдетуді қамтамасыз ете алмайды.

Құмырсқалардағы биоминерализация

Құмырсқа ұяларының құрылымы мен газ алмасуды реттеу тәсілдері бұрыннан зерттеліп келеді, бірақ құмырсқалардың дене беті мен олардың микробиотасының бұл процестегі рөлі белгісіз болып келген. 2020 жылы Acromyrmex echinatior жұмысшы құмырсқаларының хитин қабығының бетінде кальцит кристалдарынан тұратын ерекше биоминералды сауыт бар екені анықталды. Мұндай қабат сауыттың беріктігін едәуір арттырып, қорғаныс қызметін атқарады.

Жапырақ кескіштердегі биоминерализация себептері толық анықталмаған, бірақ негізгі рөлді Acromyrmex echinatior-мен симбиозда өмір сүретін Pseudonocardia бактериялары атқарады деп болжанады. Бұл бактериялар, шамасы, карбонаттың тұнуын бастайды немесе CO2-ні қатты карбонатты минералдарға айналдыруға қатысады.

Sericomyrmex amabilis туралы жаңа деректер

Басқа зерттеушілер тобы Орталық және Оңтүстік Америкада тіршілік ететін, жапырақ кескіштерге жақын туыс Sericomyrmex amabilis құмырсқалары да биоминерализацияға қабілетті екенін анықтады. Алайда бұл түрден Acromyrmex echinatior-дағыдай симбиотикалық бактериялар әзірге табылған жоқ. Егер бұл расталса, Sericomyrmex amabilis эволюция барысында газды минералға бактериялық көмекшілерсіз өздігінен айналдыруды меңгерген алғашқы белгілі жануарлар болуы мүмкін.

Sericomyrmex amabilis-тің биоминерализация қабілетін тексеру үшін тұрақты көміртек изотоптарын бақылау, наномасштабты екінші реттік иондық масс-спектроскопия және көміртек-13 изотопымен қатты фазалық ядролық магниттік резонанс әдістері қолданылды. Нәтижесінде құмырсқалар CO2-нің бір бөлігін желдету жүйелері арқылы сыртқа шығарып, бір бөлігін берік биоминералды қабатқа айналдыратыны анықталды. Бұл қабат олардың экзоскелетін жабады.

Минералды қабаттың құрамы мен ерекшеліктері

Бұл қабаттың құрамында доломит — CaMg(CO3)2 формулалы карбонатты минерал анықталды, оны зертханалық жағдайда синтездеу өте қиын. Оның құрылымында кальций, магний және карбонатты топтар бар. Зертханада доломит синтезі магнийдің күшті гидратациясына байланысты қиын, бұл оның кальций карбонатының кристалдық торына енуіне кедергі келтіріп, кристалдардың өсуін баяулатады.

Табиғатта доломит түзілуі, әсіресе құрылымы реттелген минерал қалыптасқанда, бірнеше мыңнан миллиондаған жылдарға созылады. Төмен температура мен қысымда кальций мен магний иондарына идеалды кристалдық тор түзу үшін көп уақыт қажет.

Зерттеулер Sericomyrmex amabilis құмырсқалары ішінара реттелген доломитті салыстырмалы түрде тез әрі төмен температурада түзе алатынын көрсетті. Бұл процестің механизмі әзірге белгісіз, сондықтан алдағы зерттеулер құмырсқалардың «химиялық асханасы» мен биоминерализацияның молекулалық механизмдерін анықтауға бағытталады.

Биоминерализацияның маңызы

Биоминерализация жәндіктер үшін бірден екі мәселені шешеді. Біріншіден, минералды қабат олардың экзоскелетін күшейтіп, сыртқы қауіптерден қорғайды. Екіншіден, бұл процесс ұя ішіндегі артық көмірқышқыл газынан құтылуға мүмкіндік береді.