Ljus, fotosyntes, koldioxid och andra intressanta saker

[Lasse]

En fantastisk tråd det här:), jag tar hem en Co2 luftmätare (med minne) efter helgerna, eftersom mitt 500 liters är inbyggt i en skrubb så borde det vara rätt lätt med hjälp av ventilationen få helt olika Co2 driftfall på den omgivande luften. Har en bra digital (med ny probe) pH-mätare tyvärr utan minnesfunktion. Ska kolla om någon annan pH meter med minne är tillgänglig.

Här är en GHL dator guld värd!

MVH Lasse

[Claes_A]

Om man ser till hur tillväxten sker på många stenkoraller - med en kritvit tillväxtzon av kalksten som sedan korallpolyper växer över så måste man nog ställa frågan om inte det hos åtminstone vissa koraller sker en kalkstenbildning utanför korallcellen. Hos montiporor har jag ibland kunnat se 5 - 8 mm kraftiga tillväxtzoner utan tillstymmelse av polyper. Samma om man ser tillväxtzonerna hos euphyllior. Vissa verkar dock tillväxa under polypkollonin. Hur förklarar man detta?

Vad jag förstår så sker all skelettillväxt hos koraller under flera cellager (calicoblastiska epitelet) som täcker korallskelettet helt. Men celler är genomskinliga och löjligt tunna så de kan nog förefalla frånvarande för det nakna ögat.

Jag hittade en artikel i PLOS One (en ganska ny tidskrift för biologisk forskning som är Open Access) som visar mikroskopi på stenkoraller. Artikeln i sig är intressant för de har mätt pH där kalcifiering sker under det calicoblastiska epitelet och finner precis som förväntat att pH faktiskt är förhöjt där ~0.5 (under belysta omständigheter) and ~0.2 (under mörker) pH-enheter jämfört med det omgivande vattnet.

Jag tänkte figur 1 från den artikeln passar i tråden för den visar morfologin relaterad till skelettbildningen:

Förklaring av figuren:

A. Visar en koloni av Stylophora pistillata på strax över 2 cm som växer på ett mikroskopglas.

B. Den röda rutan i A uppförstorad som den ser ut i ett ljusmikroskåp.

C. Transmissionljusmikroskop (man ser igenom vävnaden) på korallen i A och B. Notera skalan - detta är en rejäl uppförstoring. Fokalplanet ligger alldeles över glaset som korallen växer på så att man kan se kalciumkarbonatkristallerna i C. Märkningar i bilden: SW=Sea Water, C=crystals (kalciumkarbonatkristaller), M=Distal margin (yttersta cellagret på den växande kolonin)

D. Som i C men man har flyttat upp fokalplanet 30 mikrom från glasytan så nu kan man se zooxanthellerna som lyser i rött (autofluorescens).

E/F. Här har man plockat bort glaset som kolonin växer på och tittar på den underifrån. I F tycker jag det är extra tydligt hur vävnaden helt täcker korallskelettet.

[Lasse]

Det är en förklaring som jag kan köpa, misstanken har jag haft eftersom till skillnad från skadad korall där det vita kalkskelettet snabt invaderas av andra mikroorganismer och inte är så vitt speciellt länge så ser man aldrig missfärgning på tillväxtzoner.

Men ändå - man har mätt upp en förhöjning av pH i tillväxtzonerna vilket vad jag fattar bör vara en aktiv process men enligt protonfluxteorin så används HCO3 och överbliven H diffunderar ut ur genom cellagret - för att det skall ske så måste ju faktiskt proteinkoncentrationen vara högre i lagren vid kalcifieringen än i vattnet eller så måste protontransporten ut till vattnet vara en aktiv process och då spelar inte koncentrationsgradienten så stor roll - då avgörs allt av tillgänglig energi. Men artikelförfattarna pratar om en diffunderingsprincip.

Ändå är det rätt så intressant att man pekar på svårigheten att bli av med avfall som en nyckelfaktor för att växa snabbt - tycker jag känner igen den problematiken.....

MVH Lasse

[Claes_A]

Men ändå - man har mätt upp en förhöjning av pH i tillväxtzonerna vilket vad jag fattar bör vara en aktiv process men enligt protonfluxteorin så används HCO3 och överbliven H diffunderar ut ur genom cellagret - för att det skall ske så måste ju faktiskt proteinkoncentrationen vara högre i lagren vid kalcifieringen än i vattnet eller så måste protontransporten ut till vattnet vara en aktiv process och då spelar inte koncentrationsgradienten så stor roll - då avgörs allt av tillgänglig energi. Men artikelförfattarna pratar om en diffunderingsprincip.

Nja, jag tror inte författaren tänker sig diffusion eftersom det inte kan fungera mot protongradienten som du påpekar. Istället så tänker sig nog författaren en protonpump - ett protein av konsumerar ATP för att pumpa protoner över cellmembran mot gradienten - men i frånvaro av identifierade pumpaktiviteter eller proteiner så pratar han om det lite bredare "proton efflux". Energikostnaden för denna aktiva (=energikrävande) mekanism ökar ju större protongradienten är - det är dyrt för korallen att pumpa ut protoner mot deras gradient. Och enligt denna modell blir det ännu dyrare (mer energikrävande) ju lägre pH på havsvattnet är.

[Claes_A]

Jag har läst artikeln i referensen. Den är lite mystisk för mig för jag får inte riktigt klart för mig hur vissa experiment är gjorda - de med förhöjda eller nedsatta värden av de olika formerna av koldioxid i vattnet. Min erfarenhet är att ändrar man koncentrationen av en sådan parameter så ställs en ny jämnvikt in och man ökar eller minskar även de andra parametrarna inom CO2-H2CO3-HCO3-CO3 komplexet.

Jag tror en av poängerna i artikeln är att det är en röra i fältet. Vissa studier är gjorda med saltsyratillsats i havsvatten och då sjunker pH samtidigt som alkaliniteten brakar ner. Dvs den totala mängden kolsyra-bikarbonat-karbonat sjunker samtidigt som andelen karbonat blir lägre och andelen kolsyra blir högre. Andra studier är gjorda genom att bubbla koldioxid i vattnet vilket håller alkaliniteten konstant men sänker pH, ökar andelen kolsyra och sänker andelen karbonat. Om jag förstår artikelförfattarens idé korrekt så menar han att många forskare har varit så fixerade vid tanken på att det bara är mängden karbonat som spelar roll för kalcifieringen att de har glömt bort andra effekter av att mixtra med vattenkemin; t ex att protonkoncentrationen ändras.

I slutet av artikeln när protonfluxteorin skall försvaras mot de erfarenheter man fått i grunda revsystem med en hög takt av fotosyntes av makroalger så kommer en mening som för mig inte stämmer med tidigare kunskap, nämligen att kalcifieringen skulle inte vara speciellt hög under natten. Jag har för mig att jag sett artiklar om att den faktiskt till största delen sker nattetid - är det någon som kan bekräfta detta eller förkasta detta.

Detta låter konstigt, kalcifiering är en energikrävande process och korallerna har ju som mest energi under dagtid när zooxanthellerna kan göda dem. Jag uppfattar det som att kalcifiering är en ljusdriven process för fotosyntetiska koraller. Brukar inte majoriteten av KH-konsumtionen ske i ett akvarium under dagtid?

[stigigemla]

Hum. Jag har läst om hur korallernas ämnesomsättning fluktuerar under dygnet och där var definitivt med att kalcifiering inte korrelerade helt med belysningstiden utan att korallerna behöver en viss mörkertid för kalcifiering. Jag skall försöka leta mer när det är ett nytt piggt nyktert nytt år. (Mitt första nyårslöfte för i år. ( Nästa år?)).

[Lasse]

The net efflux of H+ out of the corallum and into the water column is influencedby the strength of the diffusion gradient between the coral and the surrounding seawater.This gradient becomes steeper with increasing OA due to increasing [H+] in the water column, with a consequent decrease in calcification rate. Fick’s first law ofdiffusion links diffusive flux to the concentration field by stating that the flux is fromareas of high concentration to areas of low concentration with a magnitude that isproportional to the concentration gradient. The efflux of waste protons from the corallum,through the BL , and into the water column will occur at a magnitude that isproportional to the concentration gradient. By this model, increasing the [H+] in thewater column will reduce flux of protons out of the corallum. The elimination of H+ is just as important as influx of reactants from the water column. The purpose of the present study was to test this hypothesis against data from the literature.

Jag tolkar detta som om de inte riktigt vet vad de skall tro - här är det snack om diffusion inte om aktiv transport. Detta står i deras beskrivning av teorin.

Fortfarande är dock tanken lockande - begränsning beror på svårighet att bli av med avfallet...

MVH Lasse

[Claes_A]

Jag tolkar detta som om de inte riktigt vet vad de skall tro - här är det snack om diffusion inte om aktiv transport. Detta står i deras beskrivning av teorin.

Anledningen till att författaren pratar om diffusionsgradienten i citatet är inte att han tror att protoner kan röra sig mot gradienten genom diffusion - det är en fysikalisk omöjlighet. Han pratar istället om diffusionsgradienten eftersom dess storlek lagbundet bestämmer hur mycket energi som krävs för att flytta (t ex pumpa) en proton mot gradientens riktning (uphill). Och det är ju det som är kärnan i hans modell, att det kostar mer energi att flytta de där protonerna som bildas vid kalcifieringen ju större protongradienten är (= ju lägre pH är på omgivande havsvatten).

Vilka protonpumpar som skulle kunna tänkas vara involverade i vilket steg är inte klarlagt. Lyckligtvis vet man en del om protonpumpar från studier av andra djur (inklusive oss själva!) och därmed har några kandidatproteiner identifierats. T ex så har en ATP-driven proton/kalcium-antiporterpump identifierats i koraller. En sådan pump pumpar kalcium ut ur celler mot att den släpper in protoner in i celler i en process som konsumerar ATP (energi). Detta är troligen en av de pumpar som är involverade i kalcifieringen genom att pumpa ut kalciumjoner från de kalcicoblastiska epitelcellerna till det utrymme där kalcifieringen sker och samtidigt flytta protoner från detta utrymme in i cellerna. Sedan måste protonerna pumpas vidare från de kalcicoblastiska epitelcellerna till det omgivande havsvattnet i ett andra steg.

Det finns en kort översiktsartikel (Open Access) från 2009 som har en bra figur som sammanfattar det hela:

http://www.pnas.org/content/106/39/16541.long

[Lasse]

Claes - möjligen läser jag bibeln som faen gör men jag har läst igenom författarens kapitel Description of the Proton Flux Hypothesis flera gånger utan att se något om protonpumpar. Om teorin stämmer så är jag överens med dig att det måste finnas aktiva pumpar men då finns två lösningar på problemet - ettdera minska gradienten eller öka den interna energin.

Förklaringen om uppmätta lägre pH i områden med hög kalcifiering beror på ett nettoutflux av H ut i vattnet från koralldjuret kan lika gärna förklaras med att de är en nettokonsumtion av CO3 ut ur vattnet in i koralldjuret - vilket också sänker pH:t .

Det är en intressant teori, protonfluxteorin men jag är nog rätt avvaktande än så länge. Exempelvis den senaste artikeln du refererar till så redovisar de först resultat som dels stöder teorin om transport av HCO3 i första hand (och också resultat som faktiskt säger att de fotosyntentiserande organismerna som använder zooxanteller är oberoende av extern koldioxid och istället föreslås i praktiken en teori som liknar den för "bikarbonatväxter" men som förutsätter förekomsten av ett speciellt enzym som spjälkar bikarbonat till CO2 och OH) I slutledningen säger man

A strong dependence of calcification on CO₃²⁻ concentration has been shown in both laboratory studies (6) and coral reefs in situ (e.g., ref. 12). Ocean CO₃²⁻ strongly depends on pH and is likely to decrease significantly in response to predicted future ocean pH scenarios.

så även de är rätt så svävande på vad som är riktigt. Men det kanske är en brytningstid med ett paradigmskifte i tänkandet. Att hitta en protonpump även i andra cellager kanske inte är så svårt eftersom calcium måste passera där också men allt vatten som kommer att bildas i det område som hos koralldjuret kallas coelenteron - vart tar det vägen? Visserligen så sväller stenkoraller genom ökat vatteninnehåll i detta område vid fotosyntesen men det gör även koraller som inte är kalkbildande. Det är intressanta frågeställningar men igentligen utanför det jag ville nå med den här tråden. Trådens syfte är för mig att se om jag kan få fram något om vilka våglängder som driver fotosyntesen i mitt kar i första hand för att bättre först det blåa ljusets betydelse (eller å andra sidan - obetydelse). För att förstå dt behöver jag se på felkällor och det verkar som just koldioxidinnehållet i luften i våra täta hem kan spela spratt. Svaret på det har jag med stor trolighet på tisdag - onsdag

En annan sak som kommer upp om är om det skiljer sig mellan koraller som inte äter och koraller som bara lever på fotosyntes (som det ser ut nu i alla fall) på upptaget av koldioxid. Om vissa koraller som xenia och andra är beroende av yttre koldioxis så skulle det snarare förklara varför de går bra i vissa kar men är hypersvåra i andra kar.

MVH Lasse

[Lasse]

Ja - då har det gått en normal dag efter det att vårt besök åkt hem och jag kan nu avslöja om min ph mätare fått fnatt över jul eller om mer folk än normalt kan sänka normalnivån av pH med upp mot 0,3 tiondelar. hur står odsen?

Tyvärr de som söker en lätt lösning (felaktig pH-mätare) har fel. Iofs kan den visa allmänt för lågt men då har den gjort det sen jag startade den för 2 veckor sedan för nu har pH gått tillbaka till min normala cykel ungefär, dvs från stax under 8 som mest till strax över 7,7 som minst. att vi har varit fler i lägenheten under jul och nyår har påverkat ph med ca 0,3 enheter neråt!. Först en bild på min ljusregim

Blåljuset är den kurvan som börjar först och slutar sist. Kurvan i mitten visar hur alla vita ljus varierar. Jag kör alltså bara 100 % i tre timmar mellan 17:00 - 20:00.

Till pH kurvorna. Första bild visar den 26 till den 29/12. Kommentarerna i bilden talar om hur mycket folk vi varit. Lägenheten är tät som ni kanske förstår

Bild 3 visar ph för 30/12 (2011) - 2/1 (2012)

Inget annat av betydelse har ändrats under tiden än hur mycket folk vi varit och som har sovit i lägenheten. Jag har efter detta öppnat ett par ventiler för att stabilisera systemet med friskluft. Jag kommer nu att se mig efter metoder som stabiliserar pH lite högre. Jag ligger på ca 9 i KH, ca 480 i calcium - salifert visar 0 i fosfat medans nitraten ligger högt. Har fosfatbindare men skall ta bort den lite senare för att få lite mer konsumtion av nitrat. nu är svängningarna normal igen. Jag skall förlänga ljusperioden över 90 %.

För mig är dessa mätvärden en kraftig indikation att mitt akvarium är känslig för koldioxidhalten i luften och antalet personer som finns i lägenheten. Nu skall jag låta det gå några dagar under normal drift och se hur pH påverkas.

MVH Lasse

[Lasse]

För de som fortfarande tvivlar över koldioxidens potens i rumsluften kan se på mitt diagram dagarna 3 -9/1. Under den 3 - 5/1 var ingen hemma under dagen innan kl 17:00 (ja katten var hemma) 6/1-8/1 var helg - två personer hemma hela tiden. 9/1 gick vi bägge till jobbet igen och katten stannade hemma. Kl 16:30 var två personer hemma och det utökades med ytterligare två vuxna mella 18:00 - 19:30. I morgon kommer ingen vara hemma innan 19:00 - ja katten då men han verkar inte spela någon större roll.

I mitt akvarium så spelar koldioxid i rummet helt klart en stor roll för pH - jag kan inte tolka mätningarna på annat sätt. Är det någon som har någon annan teori så presentera den gärna.

MVH Lasse

[Laggeman]

Har inte följt tråden med stenkoll, men om jag läser diagramet rätt så får du ett högre pH med ökad koldioxid i luften, stämmer det?

Om man då tar tex uteluft till skummaren, kommer kurvan att se annorlunda ut då?

[Lasse]

Nu läser du bibeln som faen läser den. Tvärtom - ju mer koldioxid i luften - desto lägre pH. Den 6 - 8/1 ligger pH ca 0,2 enheter under de andra dagarna. Dessa dagar har vi varit hemma och andats ut koldioxid hela dagarna - de övriga dagarna har vi bara varit hemma på kväll och natt

MVH Lasse

[Wiking]

Seriös forskning detta Lasse:) Det befäster ju den teori som Laggeman nämner och som skrivits i ett antal trådar de senaste åren att det är en god idé att hämta skummarens luft utifrån. Inte så kul bara att borra ett hål i väggen, men å andra sidan så blir det ju bara 6 mm stort och man kan täta utvändigt med silikon.

[Lasse]

Seriös forskning detta Lasse:) Det befäster ju den teori som Laggeman nämner och som skrivits i ett antal trådar de senaste åren att det är en god idé att hämta skummarens luft utifrån. Inte så kul bara att borra ett hål i väggen, men å andra sidan så blir det ju bara 6 mm stort och man kan täta utvändigt med silikon.

Tror jag absolut på men man måste också då se till att få en bra ventilation så att den luften som kommer ifrån skummare sprids ut i rummet så fort som möjligt. I mitt fall är sumpen ganska tät så jag funderar på sätt att öka ventilationen i den integrerade sumpen.

MVH Lasse

[Laggeman]

Nu läser du bibeln som faen läser den.

MVH Lasse

Nu hänger jag inte med... -bok

Tack för klargörandet då Lasse. Jag fortsätter att ta luften till skummaren via ett lufthål till krypvinden.

[Lasse]

men om jag läser diagramet rätt så får du ett högre pH med ökad koldioxid i luften

Min fetstil. Kurvorna visar lägre pH med mer folk - mer koldioxid i luften.

Att läsa bibeln som faen (djävulen) gör är ett gammalt ordspråk och betyder att man missförstått/misstolkat det man läst - det skulle varit en efter bara.

MVH Lasse

[Laggeman]

Jag läste diagrammet som att det fanns folk i huset på eftermiddag/kväll och natt och att pH't då steg till följd av detta.

Ber om ursäkt för mitt slarviga förfarande.