Geochemical and mineralogical studies to assess the significance of temperate coralline algae as paleoclimate archives

Le alghe rosse calcaree sono organismi bio-costruttori distribuiti a livello globale e ingegneri dell'ecosistema. La morfologia delle cellule, delle strutture riproduttive e l'organizzazione del tallo sono comunemente utilizzati per la loro classificazione usando la microscopia elettronica a scansione (SEM). Tuttavia, data la loro generale plasticità, l'identificazione delle specie su base morfologica porta spesso a incertezza e i progressi nella filogenesi molecolare hanno prodotto numerosi casi di revisioni sistematiche. Queste alghe sono usate in studi evolutivi e ambientali per il loro elevato significato ecologico negli oceani recenti e passati. Le ricostruzioni paleoecologiche e paleoambientali che si basano sulle associazioni di organismi e sui proxy geochimici necessitano di adeguate calibrazioni specie-specifiche e devono pertanto fare affidamento su una tassonomia affidabile. Investigare l'ultrastruttura della parete cellulare è stato il primo obiettivo di questa ricerca per sviluppare nuovi potenziali strumenti diagnostici per l'identificazione delle specie, svelando anche nuove informazioni sui principi che regolano i meccanismi di calcificazione. Un nuovo approccio di deep learning e analisi ad alta risoluzione di immagini SEM indicano un elevato valore diagnostico dei tratti di calcificazione, che contribuiscono in modo significativo alla segregazione delle specie. Il secondo obiettivo di questa ricerca è stato quello di testare proxy geochimici in diverse specie, con particolare attenzione all’elemento boro (B). Il rapporto B/Ca nelle specie marine calcaree fornisce informazioni su concentrazioni passate di CO2 nell'acqua di mare. Sono state eseguite analisi spettrometriche di Mg, Sr, Li e B a risoluzione stagionale su campioni prelevati da diversi contesti geografici e profondità nel Mar Mediterraneo e nell'Oceano Atlantico. A differenza di Mg, Li e Sr, le fluttuazioni in B/ Ca non rispecchiano le oscillazioni stagionali annuali di temperatura, e
Calcareous red algae are globally distributed foundation species and ecosystem engineers. The morphology of cells, reproductive structures, and thallus organisation are commonly used for their classification using Scanning Electron Microscopy (SEM). Nonetheless, due to their general plasticity, species identification based on morphology frequently leads to uncertainty and the advances in molecular phylogeny produced numerous cases of systematic revisions. These algae have been featured in evolutionary and environmental studies for their ecological significance in both recent and past oceans. Paleoecological and paleoenvironmental reconstructions relying on organisms’ associations and geochemical proxies need proper species-specific calibrations and must rely on robust taxonomy. Investigating the cell wall ultrastructure has been the first goal of this research to develop new potential diagnostic tools for species identification while unveiling new insights into the principles governing the calcification mechanisms. A new deep learning approach and highly resolved analyses on SEM images indicate a high diagnostic value of calcification patterns, which contribute significantly to species segregation. The second goal of this research was to test geochemical proxies in diverse species, with particular attention to the boron (B) element. The B/Ca ratio in calcareous marine species provides information about past seawater CO2 concentrations. Spectrometric analyses of Mg, Sr, Li, and B were performed at seasonal resolution on samples collected from various geographic settings and depths across the Mediterranean Sea and the Atlantic Ocean. Unlike Mg, Li and Sr, fluctuations in B/Ca did not mirror yearly seasonal temperature oscillations, excluding a significant temperature influence. Nevertheless, the direct proportion between growth rates and B/Ca values suggested a growth rate influence over B incorporation. The boron isotope-pH proxy was tested on calcareous red algae gr