Paleothermometry のアルケノン バイオ マーカー解析の概要

古温度計は、先史時代の藻類が残したような天然サンプル中の特定の化学物質を分析することにより、過去の温度を計算することです。

藻類は、何千年もの間、地球の海や湖に豊富に生息してきた多様な生物群です。古代の藻類によって堆積物に堆積した特定の化合物は、バイオマーカー、つまり地球の歴史に関する貴重な洞察を研究者に提供できる有機化合物として機能します。実際、堆積物中の藻類バイオマーカー含有量を分析することで、研究者は数億年前の地球の温度を決定することができます。

そのような記録の1つは、コッコリトフォアのいくつかの種から来ています。これらの藻類は、環境の温度に基づいて、堅牢なバイオマーカーの一種であるアルケノンをさまざまな量で生成します。アルケノン分析は、主に地球の海の海面温度を大昔から数え直前に計算するために使用されます。

このビデオでは、古気候学におけるアルケノンの使用について説明し、過去の海面温度を計算するためのアルケノンの分離、精製、分析のプロセスについて説明します。

その名前が示すように、「アルケノン古温度測定法」は、アルケノンとして知られる脂質の分析に基づいています。 アルケノン古温度測定はアルケノンに基づいています。37個の炭素原子と2〜4個の二重結合を含む長鎖不飽和アルキルケトン。各二重結合は不飽和の部位です。海面水温が低い場合、アルケノン生産者は飽和アルケノンよりも不飽和アルケノンを多く生成します。飽和度と不飽和度の比率は、アルケノン不飽和指数として知られています。

通常評価されるアルケノンは、C_37:2とC_37:3で、それぞれ炭素数が37、二重結合が2つまたは3つあります。これらのアルケノンの不飽和指数、またはU^K'₃₇は、海面温度と正の相関があります。ガスクロマトグラフィーとして知られる分析法は、一般に、これらのアルケノンを互いに分離するのに十分な感度があります。しかし、アルケノンを産生する藻類は、化学的に類似した脂肪酸メチルエステル(アルケノエート)も生成することが多く、この手法ではアルケノンと区別できません。汚染による炭化水素汚染も、クロマトグラフィー分析の曖昧さをさらに悪化させる可能性があります。相対的なアルケノン濃度を正確に測定するには、アルケノエートと未知の炭化水素を鹸化および尿素付加法による分析前に除去する必要があります。

さて、堆積物アルケノン比と海面水温との関係が検討されたところで、総脂質抽出物からの精製技術と、その不飽和比の解析について見ていきましょう。

海洋堆積物が収集および抽出されたら、総脂質抽出物(TLE)は、多段階の精製プロセスを経て分析する必要があります。まず、抽出物を鹸化し、強塩基と熱を使用してアルケノエートをカルボン酸塩とメタノールに変換します。TLEに存在する他の脂肪酸エステルは、塩とグリセロールに鹸化されます。

混合物を室温に冷却した後、水溶液を添加して塩とグリセロールを形成します。次に、混合物を酸性化してカルボン酸アニオンをプロトン化し、脂肪酸を生成します。最後に、アルケノンと脂肪酸をヘキサンとの混合物から抽出します。

次に、シリカゲルクロマトグラフィーを実行して、非極性化合物と鹸化によって生成された極性脂肪酸の両方を除去します。乾燥して鹸化したTLEをヘキサンに溶解し、カラムにロードします。シリカは、非極性化合物よりも極性化合物を強く保持します。

まず、無極性化合物をヘキサンなどの無極性溶媒で除去します。次に、アルケノンはジクロロメタンなどの中程度極性の溶媒によって溶出され、高極性脂肪酸やその他の不要な極性化合物がカラム上に残ります。

元の堆積物サンプルが高度に汚染された地域から収集された場合、尿素の吸着が行われ、残っている高度に分岐した炭化水素または環状炭化水素が除去されます。乾燥した中極性画分は、DCMやヘキサンなどの強極性尿素が最小限に溶解する溶媒混合物に溶解されます。次に、メタノール中の尿素の濃縮溶液をTLEに添加し、尿素結晶を沈殿させます。

アルケノンなどの直鎖分子は尿素結晶格子の分子間の空間に収まりますが、高度に分岐した環状分子は収まらず、排出されます。

結晶成長が終了したら、尿素結晶を乾燥させ、無極性溶媒で洗浄して排出された化合物を除去します。次に、結晶を少量の水に溶解します。アルケノンは、分析のために無極性溶媒を用いて水から抽出されます。

これまでの精製ステップではアルケノン種が区別されませんでしたが、沸点と分子構造のわずかな違いがあれば、ガスクロマトグラフィーカラムでの分離には十分です。水素炎イオン化検出器と組み合わせると、アルケノンの相対濃度を決定できます。

分子は、クロマトグラム上で保持時間、または化合物がカラムから出るまでに必要な時間によって識別されます。目的の化合物の保持時間は、アルケノン標準で確認されます。

アルケノンの相対濃度は、対象ピークの下の領域の分析から決定されます。次に、サンプル中の C_37:2 と C_37:37 の濃度から U^K'_{37{{}} の濃度から U{{}}{{}}37} の値が計算されます。海面水温の代理関係と U^K'₃₇ の値により、アナリストは堆積物の堆積時の海面水温を解くことができます。

堆積物と堆積岩の分析により、地球の歴史のさまざまな側面を調査できます。

生層序学は、存在する化石の分析によって岩石の層または地層の年代を決定する研究です。堆積物の供給源は数多くあるため、同じ時代の堆積岩は世界中で劇的に異なる組成を持つ可能性があります。アンモナイトなど、地球の歴史を通じて特定の種のセットは世界中に存在し、急速な進化を遂げました。視覚的に異なる岩石層の両方に同じ種のアンモナイトが含まれている場合、地層間に時間的な相関関係を描くことができます。古温度計などの技術と組み合わせることで、自然試料の化石記録から地球の歴史に関する広範な情報を得ることができます。

有孔虫、または有孔虫の多くの種は、世界中の海洋堆積物に見られます。有孔虫は炭酸カルシウムの殻を持ち、何百万年もの間、地球の海全体に存在してきました。多くの種が海底に生息しているため、海のより深い部分の温度情報を提供できます。有孔虫のマグネシウムとカルシウムの比率は温度に対応しており、温暖な気候ではより多くのマグネシウムが殻に組み込まれます。多数の種と豊富な有孔虫は、その化石記録を地球の歴史を通じて海流の変化を追跡し、生層序学に役立てています。

構造プレートが分岐すると、プレートの間に新しい岩石が形成されます。これに対応して、発散したプレート境界を囲む岩石の特性は、時間の経過に伴うプレートの動きに関する情報を提供します。たとえば、地球の磁場の変化は、化石、岩石、堆積物に含まれる一部の鉱物に保存されています。中央海嶺付近の磁気の対称的な変化の発見は、海底の広がりとプレートテクトニクスの現在の理解に大きく貢献しました。

JoVEの「アルケノン古温度測定法の概要」をご覧になりました。これで、古温度測定の原理と、海底堆積物中のアルケノン比と海面温度の関係を理解できたはずです。このシリーズの次のビデオでは、この複雑なプロセスについて詳しく説明します。

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