Architecture and material properties of diatom shells provide effective mechanical protection

截锥 硅藻 浮游植物 食物网 捕食 生态学 远洋带 海洋学 生物 地质学 营养物
作者
Christian Hamm,Rudolf Merkel,Olaf Springer,Piotr Jurkojc,Christian Maier,Kathrin Prechtel,Victor Smetacek
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:421 (6925): 841-843 被引量:937
标识
DOI:10.1038/nature01416
摘要

Diatoms are the major contributors to phytoplankton blooms in lakes and in the sea and hence are central in aquatic ecosystems and the global carbon cycle. All free-living diatoms differ from other phytoplankton groups in having silicified cell walls in the form of two 'shells' (the frustule) of manifold shape and intricate architecture whose function and role, if any, in contributing to the evolutionary success of diatoms is under debate. We explored the defence potential of the frustules as armour against predators by measuring their strength. Real and virtual loading tests (using calibrated glass microneedles and finite element analysis) were performed on centric and pennate diatom cells. Here we show that the frustules are remarkably strong by virtue of their architecture and the material properties of the diatom silica. We conclude that diatom frustules have evolved as mechanical protection for the cells because exceptional force is required to break them. The evolutionary arms race between diatoms and their specialized predators will have had considerable influence in structuring pelagic food webs and biogeochemical cycles.
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