Hemos simulado un sistema de afloramiento marino ferruginosa Precámbrico en una columna de flujo continuo vertical, a escala de laboratorio. El objetivo era comprender cómo los perfiles geoquímicos de O 2 y Fe (II) evolucionar a medida que las cianobacterias producen O2. Los resultados muestran el establecimiento de una chemocline debido a la oxidación Fe (II) por fotosintéticamente producido O 2.
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Artículo de método
Simulación de un laboratorio de hierro (II) ricos sistema de afloramiento Precámbrico marina para explorar el crecimiento de bacterias fotosintéticas
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Resumen
Resumen
Un concepto convencional para la deposición de algunas formaciones de hierro bandeado Precámbricos (BIF) parte de la premisa de que el hierro ferroso [Fe (II)] afloramiento de fuentes hidrotermales en el océano Precámbrico se oxida por el oxígeno molecular [O 2] producido por las cianobacterias. Los BIFs más antiguos, depositados antes de la Gran Oxidación (GOE) en alrededor de 2,4 billón años (Gy) hace, podrían haberse formado por la oxidación directa de Fe (II) mediante anoxigénicas photoferrotrophs en condiciones anóxicas. Como método para probar los patrones geoquímicas y mineralógicas que se desarrollan en diferentes escenarios biológicos, hemos diseñado una columna de flujo continuo vertical de 40 cm de largo para simular un anóxica Fe (II) ricos representante de un antiguo océano sistema de afloramiento marino a escala de laboratorio . El cilindro se llena con una matriz de perlas de vidrio poroso para estabilizar los gradientes geoquímicos, y muestras líquidas para la cuantificación de hierro podría ser tomado a lo largo de la columna de agua. El oxígeno disuelto sedetectado de forma no invasiva a través de optodes desde el exterior. Los resultados de los experimentos bióticos que participan los flujos de corrientes ascendentes de Fe (II) de la parte inferior, un gradiente de luz distinta de la parte superior, y cianobacterias presentes en la columna de agua, muestran una clara evidencia de la formación de Fe (III) precipitados minerales y el desarrollo de un chemocline entre Fe (II) y O 2. Esta columna nos permite probar las hipótesis para la formación de los BIFs mediante el cultivo de cianobacterias (y en el futuro photoferrotrophs) en condiciones simuladas marinos precámbricos. Por otra parte la hipótesis de que nuestra columna concepto permite la simulación de diversos ambientes químicos y físicos - incluyendo los sedimentos marinos o lacustres superficiales.
Introducción
El Precámbrico (4.6 a 0,541 Gy atrás) ambiente experimentó un aumento gradual de la fotosíntesis produce oxígeno (O2), quizás marcada por cambios bruscos en la denominada "Gran Oxidación" (GOE) aproximadamente a 2,4 Gy atrás, y de nuevo en el Neoproterozoico (1 a 0,541 Gy atrás) como O 2 atmosférico se acercó a los niveles modernos 1. Las cianobacterias son los restos evolutivos de los primeros organismos capaces de fotosíntesis oxigénica 2. Geoquímicas y la evidencia de modelado estudios apoyan el papel de los ambientes costeros poco profundos en albergar comunidades activas de cianobacterias o organismos capaces de fotosí....
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Protocolo
1. Preparación de cultivo Medio
Nota: La información sobre el equipo necesario, los productos químicos y materiales para la preparación del medio de cultivo se muestra en la Tabla 1 itálicos códigos alfanuméricos entre paréntesis se refieren a los equipos detallados en la Tabla 2 y se muestra en la Figura 1..
- Preparar 5 litros de Marina fototrofo (MP) medio (denominado en lo sucesivo como "medio") siguiendo el protocolo de Wu et al. 16. Ajustar el pH a 6,8 usando HCl anóxica y estéril de 1 o 0,5 M NaCO3. Como fuente para el Fe (II), añadir 3,5 ml ....
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Resultados
experimento de control
Experimentos de control abiótico (10 días) muestran que las concentraciones consistentemente bajos de oxígeno (O2 <0,15 mg / L) sin fluctuaciones significativas en el Fe (II) -profile toda la columna de agua afloramiento. La formación de precipitados (presumiblemente Fe (III) (oxyhydr-) óxidos) en el depósito de medio y la ligera disminución de la concentración.......
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Discusión
Las comunidades microbianas en el océano Precámbrico fueron regulados por, o modificados como resultado de, su actividad y las condiciones geoquímicas imperantes. En la interpretación de los orígenes de BIF, los investigadores generalmente inferir la presencia o actividad de los microorganismos basado en la sedimentología o geoquímica de BIF, por ejemplo, Smith et al. 23 y Johnson et al. 24. El estudio de los organismos modernos en ambientes modernos que tienen análogos g.......
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Divulgaciones
Los autores tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Marcos Nordhoff ayudó en el diseño e implementación de conexiones de la tubería. Ellen Struve ayudó a seleccionar y adquirir los equipos utilizados.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Matraz Widdel (5 L) | Ochs | 110015 | labor-ochs.de |
| Frascos de vidrio (5 L) | Rotilabo | Y682.1 | |
| carlroth.com Pipetas de vidrio (5 ml) | 51714 | labor-ochs.de | |
| 0.22 µ m Unidad de filtro Steritop (0.22 y micro; m Membrana de polietersulfona) | Millipore | X337.1 | carlroth.com |
| Papel | |||
| Jeringa estéril de vidrio Luer Lock, rellena de algodón | C681.1 | carlroth.com | |
| Agujas de acero inoxidable Luer Lock (150 mm, 1.0 mm ID) | 201015 | labor-ochs.de | |
| NaCl | Sigma | 433209 | sigmaaldrich.com |
| MgSO4 | Sigma | 208094 | sigmaaldrich.com |
| CaCl2 | Sigma | C4901 | sigmaaldrich.com |
| NH4Cl | Sigma | A9434 | sigmaaldrich.com |
| KH< sub>2PO4 | Sigma | P5655 | sigmaaldrich.com |
| KBr | Sigma | P3691 | sigmaaldrich.com |
| KCl | Sigma | P9541 | sigmaaldrich.com |
| Cilindro | Y310.1 | carlroth.com | |
| 7377.2 | carlroth.com | Perlas | |
| de vidrio (ø 0.55 - 0.7& nbsp; mm) | 11079105 | biospec.com | |
| Tapón de caucho butílico (ø 1,2 cm) | 271024 | ||
| labor-ochs.de Placa de Petri, vidrio (ø 8.0 cm) | T939.1 | carlroth.com | |
| Pegamento | OTTOSEAL S68 | adchem.de | |
| Lámina óptica del sensor de oxígeno (para el análisis de oxígeno, ver más abajo) | – a petición – | presens.de | |
| Tubo de goma (35 mm, 7 mm ID) | 770350 | labor-ochs.de | |
| Conector de tubo Luer Lock (3,0 mm, Luer lock macho = LLM) | P343.1 | carlroth.com | |
| Conector de tubo Luer Lock (3,0 mm, Luer lock hembra = LLF) | P335.1 | carlroth.com | |
| Tubo de goma (25 mm, 0,72 mm de diámetro interior) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Tubo de goma (50 mm, 7 mm ID) | 770350 labor-ochs.de | ||
| Aguja de acero inoxidable Luer Lock (150 mm, 1,0 mm ID) | 201015 | labor-ochs.de | |
| Jeringa de vidrio Luer Lock (10 ml) | C680.1 | carlroth.com | |
| Algodón suelto | – | ||
| Tapón de caucho butílico (ø 1,75 cm) | 271050 | labor-ochs.de | |
| Aguja de acero inoxidable (40 mm, 1,0 mm ID) | Sterican | 4665120 | bbraun.de |
| Aguja de acero inoxidable Luer Lock (150 mm, 1,5 mm ID) | 201520 | labor-ochs.de | |
| : Pieza del conector hembra Luer Lock en C.7 | |||
| Pegamento | OTTOSEAL S68 | adchem.de | |
| Aguja de acero inoxidable (120 mm, 0,7 mm ID) | Sterican | 4665643 | bbraun.de |
| Tubo de caucho (40 mm, 0,74 mm de diámetro interior) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Tubo termorretráctil (35 mm, 3 mm ID encogido) | 541458 - 62 | conrad.de | |
| Abrazadera | de tubo STHC-C-500-4 | tekproducts.com | |
| Conector de tubo Luer Lock (1,0 mm, LLF) | P334.1 | carlroth.com | |
| Tapón de plástico Luer Lock (LLM) | CT69.1 | carlroth.com | |
| Botella de vidrio (5 L) | Rotilabo | Y682.1 | carlroth.com |
| Tapón de caucho butílico (para GL45) | 444704 | labor-ochs.de | |
| Capilar de acero inoxidable (300 mm, 0,74 mm de diámetro interior) | 56736 | sigmaaldrich.com | |
| Capilar de acero inoxidable (50 mm, 0,74 mm de diámetro interior) | 56737 | sigmaaldrich.com | |
| Tubo retráctil (35 mm, 3 mm de diámetro interior reducido) | 541458 - 62 | conrad.de | |
| Tubo de goma (100 mm, 0,74 mm de diámetro interior) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Conector de tubo Luer Lock (1,0 mm, LLF) | P334.1 | carlroth.com | |
| Jeringa de vidrio Luer Lock (10 ml) | C680.1 | carlroth.com | |
| Algodón suelto | – | ||
| Tapón de caucho butílico (ø 1,75 cm) | 271050 | labor-ochs.de | |
| Aguja de acero inoxidable (40 mm, 0,8 mm ID) | Sterican | 4657519 | bbraun.de |
| Jeringa de vidrio Luer lock (5 ml) | C679.1 | carlroth.com | |
| Tapón de caucho butílico (ø 1,75 mm) | 271050 | labor-ochs.de | |
| Tubo de goma (40 mm, 0,74 mm DI) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Botella de vidrio (2 L) | Rotilabo | X716.1 | carlroth.com |
| Tapón de caucho butílico (para GL45) | 444704 | labor-ochs.de | |
| Capilar de acero inoxidable (50 mm, 0,74 mm de diámetro interior) | 56736 | sigmaaldrich.com | |
| Tubo de caucho (30 mm x 0,74 mm de diámetro interior) | 2600185 | ||
| newageindustries.com Tubo de caucho (100 mm x 0,74 mm de diámetro interior) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Conector de tubo Luer Lock (1,0 mm, LLF) | P334.1 | carlroth.com | |
| Luer Lock Conector de 3 vías (LLF, 2x LLM) | 6134 | cadenceinc.com | |
| Fuente de luz | Samsung | SI-P8V151DB1US | samsung.com |
| Bomba peristalica | Ismatec | EW-78017-35 | coleparmer.com |
| Tubería de bombeo (0.89 mm ID) | EW-97628-26 | coleparmer.com | |
| Capilar de acero inoxidable (200 mm, 0,74 mm DI) | 56736 | sigmaaldrich.com | |
| Capilar de acero inoxidable (400 mm, 0,74 mm ID) | 56737 | sigmaaldrich.com | |
| Lámina Supel-Inerte (Tedlar - PFC) Paquete de gas (10 L) | 30240-U | sigmaaldrich.com | |
| Tubo de goma (30 mm, 6 mm ID) | 770300 | labor-ochs.de Conector | |
| tubo Luer Lock (3,0 mm, LLM) | P343.1 | carlroth.com | |
| Conector de tubo Luer Lock (3,0 mm, LLF) | P335.1 | carlroth.com | |
| Jeringa hermética al gas (20 ml) | C681.1 | carlroth.com | |
| Quemador | – | ||
| Medidor de oxígeno de fibra óptica para la cuantificación de oxígeno | Presens | TR-FB-10-01 | presens.de |
| Bomba | – | ||
| Pegamento de silicona para ópdos de oxígeno | Presens | PS1 | presens.de |
Referencias
- Lyons, T. W., Reinhard, C. T., Planavsky, N. J. The rise of oxygen in Earth's early ocean and atmosphere. Nature. 506 (7488), 307-315 (2014).
- Raymond, J., Blankenship, R. E. The origin of the oxygen-evolving complex. Coord. Chem. Rev. 252 (3-4), 377-383 (2008).
- Kendall, B., Reinha....
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Reimpresiones y permisos
