Un resumen de bGDGT análisis de biomarcadores para la paleoclimatología

Los compuestos orgánicos llamados biomarcadores se pueden utilizar en las ciencias de la Tierra como paleotermómetros para relacionar información sobre climas y entornos del pasado.

Los organismos vivos producen estos biomarcadores, que nos proporcionan información sobre el entorno en el que vivían. Pueden actuar como un proxy para darnos información sobre eventos pasados, como la temperatura de la Tierra hace millones de años.

La paleotemperatura terrestre se puede analizar utilizando biomarcadores que se encuentran en los sedimentos de las cuencas de agua dulce. Una clase clave de estos biomarcadores son los tetraéteres de glicerol dialquilglicerol ramificados, o GDGT ramificados.

Este video presentará el área de estudio, llamada paleoclimatología, que investiga los cambios pasados en los ambientes de agua dulce durante cientos de millones de años. Esto ayuda a dilucidar los cambios climáticos y ambientales actuales y futuros.

Los sedimentos se acumulan a lo largo del tiempo geológico, debido al movimiento de los fluidos y la gravedad, en cuencas sedimentarias o zonas bajas de la corteza terrestre. Las cuencas sedimentarias incluyen océanos, que recogen sedimentos marinos, o lagos, que recogen sedimentos lacustres. Las cuencas marinas y lacustres contienen diferentes tipos de organismos, impulsados en gran parte por la diferencia de salinidad entre ellos. Así, las cuencas marinas y lacustres contienen diferentes biomarcadores.

Se cree que los GDGT ramificados son lípidos que atraviesan la membrana de las acidobacterias anaeróbicas. La investigación sugiere que los organismos productores cambian las propiedades de la membrana en respuesta a los cambios de temperatura.

Este cambio es causado por la transformación de sitios metilados en los GDGT ramificados a sitios cíclicos a temperaturas más frías, lo que mejora la fluidez de la membrana. Este cambio en la estructura se puede correlacionar con la temperatura a través de un proxy. Los proxies son fenómenos físicos medibles que se correlacionan con variables inconmensurables.

Este proxy relaciona el número de metilaciones, o MBT, y ciclaciones, o CBT, en el biomarcador con la temperatura. Una ecuación derivada experimentalmente puede relacionar MBT y CBT con la temperatura media anual del aire pasada.

Para estudiar la relación entre los biomarcadores de GDGT ramificado y la temperatura del suelo, se deben recolectar sedimentos lacustres, extraer mediante una de tres técnicas, purificar y analizar.

Para comenzar a estudiar la relación entre los biomarcadores de GDGT ramificados y la temperatura del suelo, primero se extraen las moléculas lipídicas de los sedimentos lacustres, utilizando una variedad de técnicas. La extracción por sonicación es el método más sencillo y menos costoso de obtener el extracto lipídico total, o TLE, de una muestra de sedimento. Para ello, se utiliza un baño ultrasónico para agitar la muestra en un vial que contiene disolvente orgánico. Se utiliza una mezcla de metanol y diclorometano para extraer biomarcadores con una amplia gama de polaridades. Otra técnica de extracción utiliza la extracción Soxhlet. Un extractor Soxhlet permite el reflujo, o ciclo continuo, de solvente orgánico desde un matraz de fondo redondo hacia arriba en un condensador, que se enfría con agua fría y se devuelve. El disolvente condensado cae en un dedal de fibra de vidrio que contiene la muestra. Una vez llena, la cámara extrae el disolvente orgánico de vuelta al matraz de fondo redondo, lo que permite una extracción continua a lo largo del tiempo.

Esta técnica es útil en la extracción de grandes masas de sedimentos y en la preparación de grandes volúmenes de patrones para la calibración de instrumentos. Finalmente, la extracción acelerada con solvente, o ASE, es un método de extracción de marca registrada que utiliza alta temperatura y presión para aumentar la cinética del proceso de extracción. El instrumento ASE tiene capacidad para hasta 24 muestras individuales y permite un control preciso de todos los parámetros en el proceso de extracción. Debido a su velocidad y simplicidad de uso, ASE se usa comúnmente como el método estándar de extracción con solventes.

Una vez que la muestra de lípidos se extrae utilizando una de estas técnicas, se purifica en preparación para el análisis. Por lo general, la cromatografía en columna de gel de sílice se utiliza para purificar la muestra de lípidos en función de su polaridad. Para ello, se carga una pequeña columna de vidrio con un polvo fino de sílice, llamado gel. A continuación, la columna se satura con un disolvente apolar, normalmente hexano, y luego la muestra se carga en la parte superior. La separación del extracto se basa en la afinidad del compuesto objetivo por la fase sólida o la fase solvente.

Los compuestos polares, en este caso los GDGT ramificados, se sienten más atraídos por la sílice polar que por el hexano apolar. Así, los compuestos apolares, como los hidrocarburos, los compuestos polares medios, como las cetonas y los alcoholes, y los compuestos altamente polares, viajarán por la columna a diferentes velocidades y en respuesta a disolventes de polaridad creciente.

A continuación, los eluyentes se recogen en fracciones separadas.

A continuación, los GDGT purificados se analizan mediante cromatografía líquida de alta resolución acoplada a un espectrómetro de masas o LC-MS. LC-MS primero separa los compuestos y luego los analiza en función de su relación masa-carga.

Esto permite la determinación de la concentración relativa de cada tipo de GDGT utilizando el área bajo la curva para el ion de masa seleccionado. El MBT se calcula como la fracción de las moléculas del grupo 1 con respecto al total.

A continuación, la TCC se calcula como un logaritmo negativo utilizando moléculas de los grupos 1 y 2. A continuación, la MBT y la CBT se conectan a una ecuación derivada experimentalmente para llegar a una determinación de la paleotemperatura.

La determinación de la paleotemperatura utilizando proxies de biomarcadores es útil en una variedad de aplicaciones en las ciencias de la tierra.

En primer lugar, la paleotermometría permite determinar la temperatura de la Tierra durante largos períodos de tiempo. Utilizando diversas técnicas, la temperatura de la Tierra se ha estimado desde hace 500 millones de años. Esto nos indica la envoltura de temperatura dentro de la cual evolucionaron las diferentes formas de vida e informa las investigaciones de los efectos de la temperatura en la biosfera, la hidrosfera, la litosfera y la atmósfera de la Tierra en el pasado y, por extensión, en el futuro.

Las tendencias más recientes en la temperatura de la Tierra también se pueden cuantificar con registros construidos utilizando paleotermometría. La temperatura de la superficie de la Tierra ha aumentado casi 1 grado desde 1850 hasta el presente, con una tendencia al calentamiento acentuada en las últimas dos décadas. Para comprender el impacto antropogénico en el clima global, se deben desarrollar registros paleoclimáticos precisos y utilizarlos como contexto.

Acabas de ver la descripción general de JoVE sobre la paleotermometría de glicerol dialquilglicerol tetraéter ramificado. Ahora debería comprender cómo se utilizan los biomarcadores GDGT ramificados y la técnica general de extraerlos y purificarlos. Los siguientes videos de esta serie entrarán en más detalles sobre este complejo proceso.

¡Gracias por mirar!