Jardins chimiques accréditives Réacteurs simulation des systèmes hydrothermaux naturels

L’objectif global de l’expérience suivante est de simuler des cheminées naturelles précipitées dans les cheminées hydrothermales sous-marines de la terre primitive en utilisant des expériences de jardin chimiques pour générer des structures d’auto-assemblage à petite échelle. Pour ce faire, il faut d’abord préparer deux solutions. Une solution simule la composition de l’eau de mer terrestre primitive, et une solution simule un fluide hydrothermal alcalin produit par les réactions des roches d’eau.

Ensuite, un appareil est mis en place de manière à ce que le fluide hydrothermal puisse être injecté dans un réservoir de l’océan simulé sous une atmosphère anoxique. Dans un troisième temps, des électrodes sont mises en place pour mesurer la tension entre les solutions hydrothermales et océaniques lors de l’injection. Enfin, la solution hydrothermale est lentement injectée dans la base d’un flacon contenant la solution océanique simulée, imitant l’infiltration naturelle du fluide de l’évent hors de la croûte océanique et dans l’eau de mer environnante.

Les résultats montrent qu’un précipité minéral se forme à l’interface de l’océan et des solutions hydrothermales, et qu’il se développe en une structure de jardin chimique auto-assemblée ressemblant à une cheminée hydrothermale naturelle sous-marine. Les cheminées hydrothermales sont comme des jardins chimiques naturels. Ils ont été générés, nous pensons sur terre il y a environ 4,4 milliards d’années, et ils sont constitués de sulfures de fer et d’hydroxydes de fer, pour la plupart avec un peu de silice.

Et ils se comportent comme une peau qu’ils ont générée où les solutions alcalines remontent dans l’océan, qui est quelque peu acide. Et à l’interface entre les deux, ils précipitent ces minéraux, comme je le dis, ressemblant un peu à une peau. En fait, on pourrait les comparer à la vie telle que nous la connaissons aujourd’hui.

Et c’est que la vie a tendance à avoir un intérieur alcalin comme nous, par exemple. Et il a tendance à aimer plutôt les extérieurs acides. Je veux dire, je peux dire avec désinvolture peut-être que nous aimons un shampooing au pH 5,5.

Nous aimons les sodas acidulés par exemple. Mais nous aimons aussi avoir des boissons alcalines pour nous garder en bonne santé, car après tout, nos intérieurs sont sains, tout comme les jardins chimiques naturels. Et ce que nous avons vu en laboratoire aujourd’hui, c’est le fait que l’intérieur de ces jardins chimiques est alcalin.

L’extérieur est acide. C’est quelque peu oxydé, et ce qui se passe, c’est que ces jardins chimiques imposent un gradient chimique entre les deux, ces gradients chimiques de pH et de Redox, et ils s’additionnent à environ un demi-volt, ce qui correspond à peu près à la quantité d’énergie électrochimique nécessaire pour stimuler la vie. Et nous pensons que c’était juste pour conduire la vie à exister en premier lieu dans l’un de ces jardins chimiques au fond de l’océan il y a 4 milliards d’années.

Cette expérience nous permet de simuler différentes conditions planétaires comme les océans, les fluides hydrothermaux, les atmosphères, mais nous permet également de simuler les effets de la modification de paramètres expérimentaux spécifiques et l’effet que cela aura sur le système. À l’origine, nous étudiions des jardins chimiques qui poussaient directement à partir de cristaux à l’intérieur de tubes à essai, mais nous n’avons pas pu mesurer le potentiel de la membrane parce que nous ne pouvions pas obtenir un fil directement à l’intérieur de la membrane elle-même. Pour ce faire, nous avons donc développé une nouvelle méthode.

Il s’agit d’une méthode d’injection où nous avons injecté un simulant hydrothermal dans un fluide océanique dans un réservoir. Cela nous a permis d’utiliser un enregistreur de données automatisé pour mesurer le potentiel de la membrane au cours de la croissance de la membrane. Ceux qui sont novices dans cette méthode peuvent avoir du mal à cultiver des jardins chimiques bien structurés et à positionner le virus dans les besoins en chi pour la mesure de la tension.

Cependant, en dépannant, ils peuvent résoudre tous ces problèmes. Commencez par utiliser un coupe-verre pour couper le fond d’un flacon de sérum à sertir en verre transparent de 100 millilitres pour utiliser le flacon d’injection. Prélevez également un septum de 20 millimètres, un joint de sertissage en aluminium de 20 millimètres et une pointe de pipette en plastique de 0,5 à 10 microlitres.

À l’aide d’une aiguille de seringue de calibre 16, percez soigneusement un trou au centre du septum, puis retirez et jetez l’aiguille dans le contenant approprié pour les déchets tranchants. Ensuite, insérez la pointe de la pipette dans le trou de l’aiguille et poussez la pointe de la pipette à travers le septum de manière à ce qu’elle dépasse de l’autre côté. Sertissage, scellez le septum avec la pointe de la pipette sur le récipient d’injection.

Pour obtenir un joint étanche au vent, enfoncez la pointe de la pipette plus loin dans le septum de manière à ce qu’elle dépasse vers l’extérieur. Fixez ensuite un tube transparent de 16 pouces de diamètre intérieur, flexible et résistant aux produits chimiques à la pointe de la pipette. Faites glisser le tube vers le haut sur l’embout de la pipette Afin de créer un joint étanche, assurez-vous que le tube est suffisamment long pour aller du flacon d’injection au pousse-seringue.

Ensuite, fixez les flacons d’injection sur un support à l’intérieur d’une hotte afin que l’injection soit alimentée par le bas du flacon. Coupez deux longueurs de fils isolés de manière à ce qu’elles soient suffisamment longues pour atteindre l’intérieur des cuves de réaction jusqu’à l’enregistreur de données. Laissez un peu de mou dans les fils pour le positionnement.

Ensuite, dénudez environ trois millimètres d’isolant à l’extrémité de chaque fil qui sera situé à l’intérieur du flacon de réaction aux autres extrémités. Celui-ci sera connecté aux fils du multimètre. Dénudez environ un centimètre du fil, insérez un fil, le fil qui sera à l’intérieur du jardin chimique, près de l’ouverture de la pointe de la pipette pour assurer le contact avec la solution d’injection, mais pas trop loin pour qu’il obstrue le flux d’injection.

Et puis fixez les deux extrémités des fils en place à l’aide de ruban adhésif. Placez ensuite le fil extérieur de manière à ce qu’il entre en contact avec le réservoir de solution, mais pas avec le précipité chimique du jardin. Ensuite, fixez les extrémités libres des fils à l’enregistreur de données pour maintenir l’espace libre au-dessus du réservoir de solution.

Et IC a mis en place des conduites d’azote gazeux. Divisez l’alimentation en gaz d’un réservoir de source d’azote en plusieurs tubes de sorte qu’il y ait une alimentation pour chaque flacon d’injection. Préparez 200 millilitres de la solution de réservoir, également connue sous le nom de simulant océanique, pour chaque flacon de réaction en faisant d’abord bouillonner de l’eau désionisée avec de l’azote gazeux pendant environ 15 minutes par 100 millilitres.

Cela garantit que l’expérience restera anoxique tout au long de l’injection. Ensuite, pesez et ajoutez 25 millimolaires de fer, deux chlorures tétra et 75 millimolaires de fer. Trois chlorures hexahydratés à l’eau.

Remuez doucement le mélange pour dissoudre les ions sans introduire d’oxygène dans le mélange. Une fois les ions dissous, reprenez immédiatement un léger bouillonnement de la solution avec de l’azote gazeux. Pendant que les injections sont préparées, choisissez deux des solutions d’injection primaires dans le tableau illustré ici et préparez 10 millilitres de chaque solution.

Remplissez ensuite une seringue de 10 millilitres jusqu’à ce qu’elle atteigne le repère de sept millilitres avec chacune des solutions, bouchez-les et mettez-les de côté. Ensuite, préparez 20 millilitres de sulfure de sodium de 50 millimolaires dans la hotte comme injection secondaire. Remplissez deux seringues de 10 millilitres jusqu’à ce que la marque des sept millilitres Avec la solution, replacez les capuchons d’aiguille et mettez-les de côté.

Fixez les seringues d’injection primaire sur un pousse-seringue programmable situé à l’intérieur de la hotte. Réglez le taux d’injection à un millilitre par minute et allumez la pompe jusqu’à ce que les deux seringues commencent à s’égoutter dans le bécher. Arrêtez ensuite l’injection.

Ensuite, insérez les seringues contenant de l’eau déminéralisée dans les deux tubes d’injection en plastique et injectez de manière à ce que l’eau remplisse le tube transparent jusqu’à l’ouverture où elle pénètre dans le réservoir principal. Placez ensuite les seringues sur le support au-dessus des flacons d’injection. Versez ensuite avec précaution 100 millilitres de la solution de réservoir contenant du fer dans chaque flacon.

Créez soigneusement un joint hermétique sur les flacons à l’aide de perfil et insérez une alimentation en azote dans chaque flacon. Ajustez le débit des conduites d’azote gazeux comme vous le souhaitez pour maintenir l’expérience anoxique pendant toute la durée des injections. Ensuite, amenez les seringues remplies d’eau une par une à côté des seringues d’injection primaire.

Faites glisser avec précaution la tubulure d’injection plastique et transférez-la immédiatement directement sur l’une des aiguilles de la seringue d’injection primaire. En prenant soin de ne pas percer la paroi du tube. Ensuite, réglez la pompe à seringue pour qu’elle fonctionne à deux millilitres par heure pendant trois heures et démarrez l’injection en même temps.

Démarrez l’enregistrement du potentiel membranaire. Appuyez sur stop sur le tire-seringue après trois heures. Une fois que les structures de jardin chimiques se sont formées, retirez soigneusement les seringues d’injection primaire de la pompe à seringue, mais laissez-les connectées au tube afin que les structures ne soient pas perturbées.

Placez-les sur le support au-dessus du niveau du liquide dans les flacons afin que le liquide ne reflue pas dans la seringue. Ensuite, fixez les seringues d’injection secondaire, qui dans ce cas sont constituées de sulfure de sodium, à la pompe à seringue et amorcez l’aiguille jusqu’à ce que les deux commencent à s’égoutter, jetez la solution de sulfure dans un contenant spécial pour déchets dangereux. Retirez ensuite les seringues une par une de l’escarmouche-seringue et transférez le tube de la seringue d’injection primaire dans la seringue contenant du sulfure de sodium.

Reprogrammez le pousse-seringue pour injecter la solution à raison de deux millilitres par heure et appuyez sur Démarrer pour injecter la solution de sulfure de sodium à ce rythme pendant trois heures. Une fois que la solution d’injection primaire est introduite dans la solution réservoir, un précipité de jardin chimique commence à se former à l’interface fluide, et cette structure continue de croître au cours de l’injection sous microscopie électronique à balayage environnemental, les précipités primaires formés en présence d’alanine semblaient plus arrondis en amorphe, tandis que les précipités d’oxyhydroxyde de fer pur ainsi que ceux contenant du pyrophosphate semblaient plus cristallins après le primaire injection. Le potentiel avait tendance à culminer immédiatement autour de 0,45 à 0,55 volts, puis à diminuer pendant environ une heure avant de se stabiliser autour de 0,1 à 0,2 volts pour le reste de l’injection primaire.

Lorsque les seringues primaires ont été remplacées par des seringues secondaires contenant du sulfure de sodium, le jardin chimique a continué à se développer, sauf que les nouvelles excroissances visibles étaient maintenant du sulfure de fer noir. Plutôt que de contribuer aux murs existants, les parties de sulfure noir du jardin chimique semblaient se ramifier et pousser séparément. Dès que la solution d’injection de sulfure a atteint le jardin chimique, le potentiel membranaire a immédiatement bondi à environ 0,9 volts.

Il existe de nombreuses combinaisons possibles de solutions que vous pouvez utiliser pour cultiver vos jardins chimiques. Il est également possible de changer le taux d’injection d’un taux plus rapide à un taux plus lent et de changer l’injection primaire en une injection secondaire à tout moment pendant l’expérience, tant que la structure de votre jardin chimique est complètement formée. Les solutions de sulfure de sodium libèrent du sulfure d’hydrogène, qui est extrêmement dangereux.

Les contenants ouverts de sulfure de sodium et les solutions contenant du sulfure doivent être utilisés à l’intérieur de la hotte et manipulés conformément aux directives des fiches signalétiques. Les solutions utilisées et non utilisées doivent être éliminées comme déchets dangereux. Les cheminées hydrothermales que nous venons de voir cultivées en laboratoire sont faites de minéraux poreux, essentiellement des sulfures de fer et des hydroxydes de fer. Et ils pensent, nous pensons qu’ils agiront comme des catalyseurs au début de la vie, et ils ont une structure très similaire aux catalyseurs et aux enzymes que nous avons même dans notre propre peau à ce jour.

Cette expérience peut être utilisée pour simuler différents environnements géologiques, mais elle est également applicable à partir d’une science des matériaux, car il y a beaucoup d’intérêt à apprendre comment contrôler la croissance de ces structures auto-assemblées en manipulant les paramètres de l’expérience, et aussi peut-être pour créer des structures et des matériaux qui pourraient agir comme catalyseurs pour différentes réactions.