Un resumen del análisis de biomarcadores Alkenone para Paleothermometry

La paleotermometría es el cálculo de temperaturas pasadas mediante el análisis de sustancias químicas específicas en muestras naturales, como las que dejan las algas prehistóricas.

Las algas son un grupo diverso de organismos que han sido abundantes en los océanos y lagos de la Tierra durante milenios. Ciertos compuestos químicos, que son depositados en los sedimentos por las algas antiguas, actúan como biomarcadores, compuestos orgánicos que pueden proporcionar a los investigadores información valiosa sobre la historia de la Tierra. De hecho, el análisis del contenido de biomarcadores de algas en los sedimentos permite a los investigadores determinar la temperatura de la Tierra hace cientos de millones de años.

Uno de esos registros proviene de algunas especies de cocolitóforos. Estas algas producen cantidades variables de alquenonas, una clase de biomarcadores robustos, basados en la temperatura de su entorno. El análisis de alquenona se utiliza principalmente para calcular la temperatura de la superficie del mar de los océanos de la Tierra hace eones y eones.

Este video ilustrará el uso de alquenonas en paleoclimatología y describirá el proceso de aislamiento, purificación y análisis de alquenonas para calcular la temperatura de la superficie del mar en el pasado.

Como su nombre lo indica, la "paleotermometría de alquenonas" se basa en el análisis de lípidos, conocidos como alquenonas.La paleotermometría de alquenonas se basa en alquenonas; Alquilcetonas insaturadas de cadena larga que contienen 37 átomos de carbono y de 2 a 4 dobles enlaces. Cada doble enlace es un sitio de insaturación. A bajas temperaturas de la superficie del mar, los productores de alquenonas generan más alquenonas insaturadas que saturadas. La relación entre saturación y insaturación se conoce como índice de insaturación de alquenona.

Las alquenonas que se suelen evaluar son C_37:2 y C_37:3, que tienen 37 carbonos y dos o tres dobles enlaces, respectivamente. El índice de insaturación de estas alquenonas, o U^K'₃₇, está relacionado positivamente con la temperatura de la superficie del mar. El método analítico conocido como cromatografía de gases es generalmente lo suficientemente sensible como para separar estos alquenonas entre sí. Sin embargo, las algas productoras de alquenonas a menudo también generan ésteres metílicos de ácidos grasos químicamente similares, o alquenatos, que no se pueden distinguir de las alquenonas mediante esta técnica. La contaminación por hidrocarburos por contaminación también puede enturbiar aún más el análisis cromatográfico. Para determinar con precisión la concentración relativa de alquenona, los alquenoatos y los hidrocarburos desconocidos deben eliminarse antes del análisis mediante los métodos de saponificación y aducción de urea.

Ahora que se ha revisado la relación de las proporciones de alquenona de los sedimentos con la temperatura de la superficie del mar, veamos las técnicas para su purificación a partir de un extracto lipídico total y el análisis de la relación de insaturación.

Una vez que se ha recolectado y extraído el sedimento marino, el extracto lipídico total, o TLE, debe pasar por un proceso de purificación de varios pasos y analizarse. Primero, el extracto se somete a saponificación para convertir los alquenoatos en sales de carboxilato y metanol utilizando una base fuerte y calor. Otros ésteres de ácidos grasos presentes en el TLE se saponificarán en sales y glicerol.

Después de enfriar la mezcla a temperatura ambiente, se agrega una solución salina acuosa para formar sales y glicerol. A continuación, la mezcla se acidifica para protonar los aniones carboxilato, produciendo ácidos grasos. Finalmente, las alquenonas y los ácidos grasos se extraen de la mezcla con hexano.

A continuación, se realiza una cromatografía en gel de sílice para eliminar tanto los compuestos apolares como los ácidos grasos polares producidos por la saponificación. El TLE seco y saponificado se disuelve en hexano y luego se carga en una columna. La sílice retiene los compuestos polares con más fuerza que los apolares.

En primer lugar, los compuestos apolares se eliminan con un disolvente apolar, como el hexano. A continuación, las alquenonas son eluidas por un disolvente moderadamente polar, como el diclorometano, dejando los ácidos grasos altamente polares y otros compuestos polares no deseados en la columna.

Si la muestra de sedimento original se recolectó de un área altamente contaminada, se realiza la aducción de urea para eliminar cualquier hidrocarburo muy ramificado o cíclico restante. La fracción de polaridad media seca se disuelve en una mezcla de disolventes en la que la urea fuertemente polar es mínimamente soluble, como el DCM y el hexano. A continuación, se añade una solución concentrada de urea en metanol al TLE, lo que hace que precipiten los cristales de urea.

Las moléculas de cadena lineal, como las alquenonas, encajan en los espacios entre las moléculas en la red cristalina de urea, pero las moléculas altamente ramificadas y cíclicas no lo hacen y son expulsadas.

Una vez finalizado el crecimiento de los cristales, los cristales de urea se secan y luego se lavan con un disolvente apolar para eliminar los compuestos expulsados. Luego, los cristales se disuelven en una pequeña cantidad de agua. Las alquenonas se extraen del agua con un disolvente apolar para su análisis.

Si bien todos los pasos de purificación anteriores no diferenciaron entre las especies de alquenona, pequeñas diferencias en el punto de ebullición y la estructura molecular son suficientes para la separación en una columna de cromatografía de gases. Cuando se combina con un detector de ionización de llama, se pueden determinar las concentraciones relativas de las alquenonas.

Las moléculas se identifican en el cromatograma por su tiempo de retención, o el tiempo necesario para que el compuesto salga de la columna. Los tiempos de retención de los compuestos deseados se determinan con estándares de alquenona.

Las concentraciones relativas de las alquenonas se determinan a partir del análisis de las áreas bajo los picos de interés. A continuación, se calcula el valor U^K'₃₇ a partir de las concentraciones de C_37:2y C_37:3 en la muestra. Con la relación del proxy de la temperatura de la superficie del mar y el valor U^K'₃₇, el analista puede resolver la temperatura de la superficie del mar en el momento de la deposición de sedimentos.

Muchas facetas diferentes de la historia de la Tierra pueden ser investigadas mediante el análisis de sedimentos y rocas sedimentarias.

La bioestratigrafía es el estudio de la determinación de las edades de las capas, o estratos, de la roca mediante el análisis de los fósiles presentes. Como hay muchas fuentes de sedimentos, las rocas sedimentarias del mismo período de tiempo pueden tener composiciones dramáticamente diferentes en todo el mundo. Ciertos conjuntos de especies a lo largo de la historia de la Tierra, como los amonites, existieron en todo el mundo y experimentaron una rápida evolución. Si estratos rocosos visualmente diferentes contienen la misma especie de amonite, entonces se puede establecer una correlación temporal entre los estratos. Cuando se combina con técnicas como la paleotermometría, se puede determinar una amplia información sobre la historia de la Tierra a partir de registros fósiles en muestras naturales.

Muchas especies de foraminíferos, o foraminíferos, se encuentran en los sedimentos marinos de todo el mundo. Los foraminíferos tienen conchas de carbonato de calcio y han existido en todos los océanos de la Tierra durante millones de años. Muchas especies viven en el fondo del océano y, por lo tanto, pueden proporcionar información sobre la temperatura de las partes más profundas del océano. La proporción de magnesio a calcio de los foraminíferos corresponde a la temperatura, ya que incorporan más magnesio a sus conchas en climas más cálidos. La multitud de especies y la abundancia de foraminíferos hacen que su registro fósil sea útil para rastrear los cambios en las corrientes oceánicas a lo largo de la historia de la Tierra y para la bioestratigrafía.

A medida que las placas tectónicas divergen, se forman nuevas rocas entre ellas. En consecuencia, las propiedades de la roca que rodea un límite de placa divergente proporcionan información sobre los movimientos de las placas a lo largo del tiempo. Por ejemplo, los cambios en el campo magnético de la Tierra se conservan en algunos minerales que se encuentran en fósiles, rocas y sedimentos. El descubrimiento de cambios simétricos en el magnetismo alrededor de las dorsales oceánicas contribuyó significativamente a la comprensión actual de la expansión del fondo marino y la tectónica de placas.

Acabas de ver el Resumen de la paleotermometría de alquenona de JoVE. Ahora debe comprender los principios de la paleotermometría y la relación de las proporciones de alquenona en los sedimentos marinos con la temperatura de la superficie del mar. Los siguientes videos de esta serie entrarán en más detalles sobre este complejo proceso.

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