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FORMATION AND MOSAICITY OF COCCOLITH SEGMENT CALCITE OF THE MARINE ALGAE EMILIANIA HUXLEYI

Yin, Xiaofei und Ziegler, Andreas und Kelm, Klemens und Hoffmann, Ramona und Watermeyer, Philipp und Alexa, Patrick und Villinger, Clarissa und Rupp, Ulrich und Schlüter, Lothar und Reusch, Thorsten B. H. und Griesshaber, Erika und Walther, Paul und Schmahl, Wolfgang W. (2017) FORMATION AND MOSAICITY OF COCCOLITH SEGMENT CALCITE OF THE MARINE ALGAE EMILIANIA HUXLEYI. Journal of Phycology. Wiley. doi: 10.1111/jpy.12604. ISSN 0022-3646.

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Offizielle URL: http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1111/(ISSN)1529-8817/earlyview

Kurzfassung

Coccolithophores belong to the most abundant calcium carbonate mineralizing organisms. Coccolithophore biomineralization is a complex and highly regulated process, resulting in a product that strongly differs in its intricate morphology from the abiogenically produced mineral equivalent. Moreover, unlike extracellularly formed biological carbonate hard tissues, coccolith calcite is neither a hybrid composite, nor is it distinguished by a hierarchical microstructure. This is remarkable as the key to optimizing crystalline biomaterials for mechanical strength and toughness lies in the composite nature of the biological hard tissue and the utilization of specific microstructures. To obtain insight into the pathway of biomineralization of Emiliania huxleyi coccoliths, we examine intracrystalline nanostructural features of the coccolith calcite in combination with cell ultrastructural observations related to the formation of the calcite in the coccolith vesicle within the cell. With TEM diffraction and annular dark-field imaging, we prove the presence of planar imperfections in the calcite crystals such as planar mosaic block boundaries. As only minor misorientations occur, we attribute them to dislocation networks creating smallangle boundaries. Intracrystalline occluded biopolymers are not observed. Hence, in E. huxleyi calcite mosaicity is not caused by occluded biopolymers, as it is the case in extracellularly formed hard tissues of marine invertebrates, but by planar defects and dislocations which are typical for crystals formed by classical ion-byion growth mechanisms. Using cryo-preparation techniques for SEM and TEM, we found that the membrane of the coccolith vesicle and the outer membrane of the nuclear envelope are in tight proximity, with a well-controlled constant gap of ~4 nm between them. We describe this conspicuous connection as a not yet described interorganelle junction, the “nuclear envelope junction”. The narrow gap of this junction likely facilitates transport of Ca2+ ions from the nuclear envelope to the coccolith vesicle. On the basis of our observations, we propose that formation of the coccolith utilizes the nuclear envelope–endoplasmic reticulum Ca2+-store of the cell for the transport of Ca2+ ions from the external medium to the coccolith vesicle and that E. huxleyi calcite forms by ion-by-ion growth rather than by a nanoparticle accretion mechanism.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/116043/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:FORMATION AND MOSAICITY OF COCCOLITH SEGMENT CALCITE OF THE MARINE ALGAE EMILIANIA HUXLEYI
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Yin, Xiaofeidepartment of earth and environmental sciences, lmu munich, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ziegler, Andreascentral facility for electron microscopy, university of ulm, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kelm, KlemensKlemens.Kelm (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hoffmann, Ramonadepartment of earth and environmental sciences, lmu munich, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Watermeyer, PhilippPhilipp.Watermeyer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Alexa, Patrickdepartment of earth and environmental sciences, lmu munich, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Villinger, Clarissacentral facility for electron microscopy, university of ulm, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rupp, Ulrichcentral facility for electron microscopy, university of ulm, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schlüter, LotharGEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research, Kiel, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reusch, Thorsten B. H.GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research, Kiel, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Griesshaber, Erikadepartment of earth and environmental sciences, lmu, applied crystallography and materials science, geobiocenter, lmu, theresienstr. 41, 80333 münchen, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Walther, Paulcentral facility for electron microscopy, university of ulm, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmahl, Wolfgang W.department of earth and environmental sciences, lmu, applied crystallography and materials science, geobiocenter, lmu, theresienstr. 41, 80333 münchen, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2017
Erschienen in:Journal of Phycology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1111/jpy.12604
Verlag:Wiley
ISSN:0022-3646
Status:veröffentlicht
Stichwörter:cell organelles; cell physiology; cryo- SEM; diffraction in TEM; electron tomography; Emiliania huxleyi; microdomains; mosaicity; screw dislocations; small-angle boundaries
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung, R - Selec ALS Druckverfahren (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung
Hinterlegt von: Kelm, Dr. Klemens
Hinterlegt am:27 Nov 2017 13:04
Letzte Änderung:04 Feb 2020 18:03

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