Name: sediment biomarkers for past climate records
Uploaded: 2023-04-30T06:49:01.000Z
Duration: 8 min 28 s
Channel: JoVE

K12 Standards

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NC K-12 Science Standard Course of Study

9-12

Earth and Environmental Science

Earth's Systems

ESS.EES.3.3

an-overview-of-bgdgt-biomarker-analysis-for-paleoclimatology

An Overview of bGDGT Biomarker Analysis for Paleoclimatology

<div class="chapter_text" id="script_0">
바이오마커라고 불리는 유기 화합물은 지구 과학에서 과거의 기후와 환경에 대한 정보를 관련시키기 위해 고생물학자로서 사용될 수 있습니다.
살아있는 유기체는 이 생물마커를 생성하여 그들이 살았던 환경에 대한 정보를 제공합니다. 그들은 수백만 년 전 지구의 온도와 같은 과거의 사건에 대한 정보를 알려주는 프록시 역할을 할 수 있습니다.
육상 고온은 담수 분지에서 퇴적물에서 발견되는 바이오마커를 사용하여 분석할 수 있다. 이러한 바이오마커의 한 가지 핵심 클래스는 분지 글리세롤 다이얼킬 글리세롤 테트라에테르 또는 분기 된 GDGT입니다.
이 비디오는 수억 년 동안 담수 환경의 과거 변화를 조사하는 고생물학이라는 연구 영역을 소개합니다. 이것은 현재와 미래의 기후와 환경 변화를 해명하는 데 도움이됩니다.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
퇴적물은 유동적인 움직임과 중력, 퇴적물 분지 또는 지구 지각의 낮은 영역으로 인해 지질 학적 시간에 걸쳐 축적됩니다. 퇴적물 분지에는 해양 퇴적물을 수집하는 바다 또는 락서스트린 퇴적물을 수집하는 호수가 있습니다. 해양 및 락스트린 분지는 그(것)들 사이 염도의 차이에 의해 큰 부분에서 구동되는 유기체의 다른 모형을 포함합니다. 따라서, 해양 및 락서스트린 분지는 다른 바이오마커를 함유하고 있다.
분기 된 GDGTs 혐 기성 균의 막 에 걸쳐 지질 것으로 생각 됩니다. 연구에 따르면 생산 유기체는 온도 변화에 대응하여 막 특성을 변화시킵니다.
이러한 변화는 분기 된 GDGT의 추운 온도에서 순환 된 사이트로 메틸화 된 사이트의 변환에 의해 발생, 그로 인하여 멤브레인 유동성을 향상. 그런 다음 구조의 이러한 변화는 프록시를 통해 온도와 상관관계가 있을 수 있습니다. 프록시는 헤아릴 수 없는 변수와 상관되는 측정 가능한 물리적 현상입니다.
이 프록시는 바이오마커에서 온도에 대한 메틸화 또는 MBT 및 순환화 또는 CBT의 수에 관한 것이다. 실험적으로 파생된 방정식은 MBT및 CBT와 과거 평균 연간 공기 온도와 관련이 있습니다.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
분기된 GDGT 바이오마커와 토양 온도 간의 관계를 연구하려면, 라수스트린 퇴적물을 수집하여 세 가지 기술 중 하나에 의해 추출하고, 정제및 분석해야 한다.
분지 GDGT 바이오마커와 토양 온도 사이의 관계를 연구하기 시작하기 위해 지질 분자는 다양한 기술을 사용하여 락서스트린 퇴적물에서 먼저 추출됩니다. 초음파 처리를 통한 추출은 퇴적물 시료로부터 총 지질 추출물 또는 TLE를 얻는 가장 간단하고 저렴한 방법입니다. 이를 위해 초음파 목욕은 유기 용매를 포함하는 유리병에 시료를 교반하는 데 사용됩니다. 메탄올과 디클로로메탄의 혼합물은 광범위한 극성을 가진 바이오마커를 추출하는 데 사용됩니다. 또 다른 추출 기술은 Soxhlet 추출을 활용합니다. Soxhlet 추출기는 둥근 바닥 플라스크에서 위로 위로 유기 용매의 역류 또는 연속 사이클링을 가능하게 하며, 이는 차가운 물에 의해 냉각되고 반환됩니다. 응축된 용매는 시료를 함유하는 유리 섬유 질에 빠진다. 일단 가득 차면, 챔버는 유기 용매를 다시 둥근 바닥 플라스크로 사이펀하여 시간이 지남에 따라 지속적인 추출을 가능하게합니다.
이 기술은 큰 퇴적물 질량의 추출및 계측기 교정을 위한 대량의 표준의 준비에 도움이 됩니다. 마지막으로, 가속용매 추출 또는 ASE는 고온 및 압력을 활용하여 추출 공정의 운동학을 증가시키는 상표추출 방법입니다. ASE 계측기는 최대 24개의 개별 샘플을 보유하고 있으며 추출 프로세스의 모든 파라미터를 정밀하게 제어할 수 있습니다. ASE는 속도와 사용의 단순성으로 인해 일반적으로 용매 추출의 표준 방법으로 사용됩니다.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
지질 샘플이 이러한 기술 중 하나를 사용하여 추출되면 분석을 위해 정제됩니다. 전형적으로, 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피는 극성에 기초하여 지질 샘플을 정화하는 데 사용됩니다. 이를 위해, 작은 유리 기둥은 젤이라고 불리는 실리카의 미세한 분말로 로드됩니다. 그런 다음 컬럼은 일반적으로 육사인 극성 용매로 포화된 다음 위에 로드된 샘플입니다. 추출물의 분리는 고체 상 또는 용매 상에 대한 표적 화합물의 친화성을 기반으로 한다.
극지 화합물, 이 경우 분기 GDGT의, 더 극성 육사보다 극성 실리카에 매료된다. 따라서 탄화수소, 케톤 및 알코올과 같은 중극성 화합물 및 극성 화합물과 같은 극성 화합물은 극성 증가의 용매에 반응하여 상이한 속도로 컬럼을 이동합니다.
그런 다음 용액은 별도의 분수로 수집됩니다.
정제된 GDGT는 질량 분광계 또는 LC-MS에 결합된 고성능 액체 크로마토그래피를 사용하여 분석됩니다. LC-MS는 먼저 화합물을 분리한 다음 질량 대전율에 따라 분석합니다.
이렇게 하면 선택한 질량 이온에 대한 곡선 아래 영역을 사용하여 각 유형의 GDGT 유형의 상대 적 농도를 측정할 수 있습니다. MBT는 그룹 1 분자의 분획으로 계산됩니다.
CBT는 그룹 1 과 2에서 분자를 사용하여 음의 로그로 계산됩니다. 그런 다음 MBT와 CBT는 고온 측정에 도달하기 위해 실험적으로 파생된 방정식에 연결됩니다.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_4">
바이오마커 프록시를 사용하여 고온의 측정은 지구 과학의 다양한 응용 분야에서 유용합니다.
첫째, 고생물학자는 오랜 기간 동안 지구의 온도를 측정할 수 있게 합니다. 다양한 기술을 사용하여 지구의 온도는 5억 년 전으로 추정되고 있습니다. 이것은 우리에게 삶의 다른 형태가 진화하고 지구의 생물권, 수성구, 석각, 대기에 온도의 영향에 대한 조사를 알려줍니다, 그리고 확장, 미래.
지구 온도의 최근 동향은 또한 팔레더모메트리를 사용하여 생성된 기록에 대해 정량화될 수 있다. 지구 표면 온도는 지난 2년간 의한 온난화 추세로 1850년부터 현재까지 거의 1도 증가했습니다. 지구 기후에 대한 인위적인 영향을 이해하려면 정확한 고생물학 기록을 개발하고 컨텍스트로 사용해야 합니다.
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<div class="chapter_text" id="script_5">
당신은 방금 분기 글리세롤 다이얼킬 글리세롤 글리세롤 테트라에테르 팔레더 모메트리의 JoVE의 개요를 보았다. 이제 분기된 GDGT 바이오마커가 어떻게 사용되는지, 그리고 이를 추출하고 정화하는 전반적인 기술을 이해해야 합니다. 이 시리즈의 다음 동영상은 이 복잡한 프로세스에 대해 자세히 설명합니다.
시청해 주셔서 감사합니다!
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고기후학을 위한 bgdgt 바이오마커 분석 개요

출처: 제프 살라컵 연구소 - 매사추세츠 대학교 애머스트
이 비디오 시리즈를 통해, 천연 샘플추출 및 과거의 기후와 환경에 대한 정보를 관련시킬 수 있는 바이오마커라고 하는 유기 화합물을 찾아 정제되었습니다. 분석된 샘플 중 하나는 퇴적물이었습니다. 퇴적물은 분지의 지질학적 시간, 퇴적물이 유체(물 또는 공기), 움직임 및 중력의 작용을 통해 흐르는 지구의 우울증에 걸쳐 축적됩니다. 두 가지 주요 유형의 분지가 존재, 해양 (바다와 바다) 및 lacustrine (호수). 하나는 추측 할 수 있듯이, 삶의 매우 다른 유형은 그들 사이의 신도의 차이에 의해 큰 부분에서 구동, 이러한 설정에 살고있다. 지난 수십 년 동안 유기 지구 화학자는 기후 또는 환경을 설명하는 데 사용할 수있는 바이오 마커 프록시 또는 화합물의 도구 상자를 발견했으며, 그 중 일부는 해양 환경에서 작동하고 일부는 락서스트린에서 작동합니다. 우리는 락서스트린 영역과 분지 글리세롤 글리세롤 테트라에테에테 (도 1)에우리의 주의를 돌립니다.
이 섹션에서는 분지 글리세롤 글리세롤 테테요터(도1;brGDGT) 및 MBT/CBT 프록시를 사용하여 지상고온 분석에 중점을 둡니다. 이 프록시는 처음에 Weijers 등에서 설명했습니다. 도 1은 brGDGT에서 링 및 분기 구조의 분포를 기반으로 합니다. 그(것)들은 분기 테트라에테르 (CBT)의 순환화가 토양 pH와 직접 관련이 있다는 것을 것을을 발견했습니다.
CBT = -log ((Ib + IIb) / (I + II))
그리고 분기 테트라에테르 (MBT)의 메틸화는 평균 연간 공기 온도 (MAAT)에 의해 결정되고, 더 적은 정도로, 토양 pH.
MBT = (I + Ib + Ic) / (I + Ib + Ic) + (II + IIb + IIc) + (III + IIIb + IIIc)
따라서, 함께 취하고 보정, MBT/CBT는 토양 온도와 pH 모두에 brGDGT의 분포를 관련시한다.
MBT = 0.122 + (0.187 x CBT) + (0.020 x MAAT)
분지 GDGTs는 지질을 아우르는 막으로 생각되고 그들의 생산은 처음에 토양과 토탄2-5에사는 혐기성 Acidobacteria 박테리아에 기인했습니다, 그러나 후속 작업은 또한 옥소및 무산소 호수 및 해양 물 기둥 및 퇴적물6-9에서생성될 수 있었다는 것을 건의했습니다. 가설은 Acidobacteria가 포화를 증가시키기 위해 온도를 낮추는 반응으로 메틸화 부위를 순환화로 변환하고 (순환화가 효과적으로 두 개의 수소 원자를 제거함) 막 유동성을 유지한다는 것을 보유합니다 (비유에 의하여, 포화 지방(butter)은 불포화 지방(올리브 오일)이 액체인 반면, 고체는 실온이지만, 분지 GDGT는 아직 Acidobacteria 배양에서 주요 멤브레인 지질으로 확인되지 않았다. 따라서 그들의 정확한 출처는 알 수 없습니다.
환경 변수(온도, pH, 염분, 강수량 등)에 대한 분기 된 GDGT의 교정은 광범위한 연구의 주제입니다. 전 세계의 유기 지구화학 실험실은 분기 된 GDGT와 (주로) 온도 사이의 글로벌1,10 및 지역11-13 교정을 모두 개발하는 작업에 관여하고 있습니다. 따라서 위에 주어진 방정식은 정기적으로 세련되고 완성되고 있습니다.
분지 GDGT는 일반적으로 라쿠스트린 퇴적물에서 추출되지만 해안 해양 퇴적물도 조사되었습니다. 상기 추출물은 LC 절단이 아닐 수도 있거나 GDGT와 공동 엘ute가 될 수 있는 다른 화합물로부터 GDGT를 정화하기 위해 실리카 젤 컬럼을 거칩니다. GDGT는 메탄올에서 엘utes 극성 분수에서 나온다.
총 지질 추출물이 정제되면 추출 및 정제 된 샘플은 화학 이온화 질량 분광계에 결합 된 고성능 액체 크로마토그래프에서 실행됩니다. GDGT의 상대적 농도는 선택된 질량 이온(m/z)에 대한 곡선 아래 영역을 획득하여 결정된다. 그림 1) 이 목적을 위해 설계된 컴퓨터 소프트웨어의 각 화합물에 대해 (예 : Agilent Chemstation). 그런 다음 이러한 영역은 고온 측정에 도달하기 위해 선택한 교정 방정식에 넣습니다.
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10256/10256fig1.jpg"> 그림 1. MBT/CBT 프록시를 통해 온도를 계산하는 데 사용되는 분기 된 GDGt의 구조 (이미지를 생산 한 이슬라 카스타네다 박사의 허가하에 사용). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10256/10256fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<div class="chapter_text" id="script_0">
바이오마커라고 불리는 유기 화합물은 지구 과학에서 과거의 기후와 환경에 대한 정보를 관련시키기 위해 고생물학자로서 사용될 수 있습니다.
살아있는 유기체는 이 생물마커를 생성하여 그들이 살았던 환경에 대한 정보를 제공합니다. 그들은 수백만 년 전 지구의 온도와 같은 과거의 사건에 대한 정보를 알려주는 프록시 역할을 할 수 있습니다.
육상 고온은 담수 분지에서 퇴적물에서 발견되는 바이오마커를 사용하여 분석할 수 있다. 이러한 바이오마커의 한 가지 핵심 클래스는 분지 글리세롤 다이얼킬 글리세롤 테트라에테르 또는 분기 된 GDGT입니다.
이 비디오는 수억 년 동안 담수 환경의 과거 변화를 조사하는 고생물학이라는 연구 영역을 소개합니다. 이것은 현재와 미래의 기후와 환경 변화를 해명하는 데 도움이됩니다.
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<div class="chapter_text" id="script_1">
퇴적물은 유동적인 움직임과 중력, 퇴적물 분지 또는 지구 지각의 낮은 영역으로 인해 지질 학적 시간에 걸쳐 축적됩니다. 퇴적물 분지에는 해양 퇴적물을 수집하는 바다 또는 락서스트린 퇴적물을 수집하는 호수가 있습니다. 해양 및 락스트린 분지는 그(것)들 사이 염도의 차이에 의해 큰 부분에서 구동되는 유기체의 다른 모형을 포함합니다. 따라서, 해양 및 락서스트린 분지는 다른 바이오마커를 함유하고 있다.
분기 된 GDGTs 혐 기성 균의 막 에 걸쳐 지질 것으로 생각 됩니다. 연구에 따르면 생산 유기체는 온도 변화에 대응하여 막 특성을 변화시킵니다.
이러한 변화는 분기 된 GDGT의 추운 온도에서 순환 된 사이트로 메틸화 된 사이트의 변환에 의해 발생, 그로 인하여 멤브레인 유동성을 향상. 그런 다음 구조의 이러한 변화는 프록시를 통해 온도와 상관관계가 있을 수 있습니다. 프록시는 헤아릴 수 없는 변수와 상관되는 측정 가능한 물리적 현상입니다.
이 프록시는 바이오마커에서 온도에 대한 메틸화 또는 MBT 및 순환화 또는 CBT의 수에 관한 것이다. 실험적으로 파생된 방정식은 MBT및 CBT와 과거 평균 연간 공기 온도와 관련이 있습니다.
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<div class="chapter_text" id="script_2">
분기된 GDGT 바이오마커와 토양 온도 간의 관계를 연구하려면, 라수스트린 퇴적물을 수집하여 세 가지 기술 중 하나에 의해 추출하고, 정제및 분석해야 한다.
분지 GDGT 바이오마커와 토양 온도 사이의 관계를 연구하기 시작하기 위해 지질 분자는 다양한 기술을 사용하여 락서스트린 퇴적물에서 먼저 추출됩니다. 초음파 처리를 통한 추출은 퇴적물 시료로부터 총 지질 추출물 또는 TLE를 얻는 가장 간단하고 저렴한 방법입니다. 이를 위해 초음파 목욕은 유기 용매를 포함하는 유리병에 시료를 교반하는 데 사용됩니다. 메탄올과 디클로로메탄의 혼합물은 광범위한 극성을 가진 바이오마커를 추출하는 데 사용됩니다. 또 다른 추출 기술은 Soxhlet 추출을 활용합니다. Soxhlet 추출기는 둥근 바닥 플라스크에서 위로 위로 유기 용매의 역류 또는 연속 사이클링을 가능하게 하며, 이는 차가운 물에 의해 냉각되고 반환됩니다. 응축된 용매는 시료를 함유하는 유리 섬유 질에 빠진다. 일단 가득 차면, 챔버는 유기 용매를 다시 둥근 바닥 플라스크로 사이펀하여 시간이 지남에 따라 지속적인 추출을 가능하게합니다.
이 기술은 큰 퇴적물 질량의 추출및 계측기 교정을 위한 대량의 표준의 준비에 도움이 됩니다. 마지막으로, 가속용매 추출 또는 ASE는 고온 및 압력을 활용하여 추출 공정의 운동학을 증가시키는 상표추출 방법입니다. ASE 계측기는 최대 24개의 개별 샘플을 보유하고 있으며 추출 프로세스의 모든 파라미터를 정밀하게 제어할 수 있습니다. ASE는 속도와 사용의 단순성으로 인해 일반적으로 용매 추출의 표준 방법으로 사용됩니다.
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<div class="chapter_text" id="script_3">
지질 샘플이 이러한 기술 중 하나를 사용하여 추출되면 분석을 위해 정제됩니다. 전형적으로, 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피는 극성에 기초하여 지질 샘플을 정화하는 데 사용됩니다. 이를 위해, 작은 유리 기둥은 젤이라고 불리는 실리카의 미세한 분말로 로드됩니다. 그런 다음 컬럼은 일반적으로 육사인 극성 용매로 포화된 다음 위에 로드된 샘플입니다. 추출물의 분리는 고체 상 또는 용매 상에 대한 표적 화합물의 친화성을 기반으로 한다.
극지 화합물, 이 경우 분기 GDGT의, 더 극성 육사보다 극성 실리카에 매료된다. 따라서 탄화수소, 케톤 및 알코올과 같은 중극성 화합물 및 극성 화합물과 같은 극성 화합물은 극성 증가의 용매에 반응하여 상이한 속도로 컬럼을 이동합니다.
그런 다음 용액은 별도의 분수로 수집됩니다.
정제된 GDGT는 질량 분광계 또는 LC-MS에 결합된 고성능 액체 크로마토그래피를 사용하여 분석됩니다. LC-MS는 먼저 화합물을 분리한 다음 질량 대전율에 따라 분석합니다.
이렇게 하면 선택한 질량 이온에 대한 곡선 아래 영역을 사용하여 각 유형의 GDGT 유형의 상대 적 농도를 측정할 수 있습니다. MBT는 그룹 1 분자의 분획으로 계산됩니다.
CBT는 그룹 1 과 2에서 분자를 사용하여 음의 로그로 계산됩니다. 그런 다음 MBT와 CBT는 고온 측정에 도달하기 위해 실험적으로 파생된 방정식에 연결됩니다.
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<div class="chapter_text" id="script_4">
바이오마커 프록시를 사용하여 고온의 측정은 지구 과학의 다양한 응용 분야에서 유용합니다.
첫째, 고생물학자는 오랜 기간 동안 지구의 온도를 측정할 수 있게 합니다. 다양한 기술을 사용하여 지구의 온도는 5억 년 전으로 추정되고 있습니다. 이것은 우리에게 삶의 다른 형태가 진화하고 지구의 생물권, 수성구, 석각, 대기에 온도의 영향에 대한 조사를 알려줍니다, 그리고 확장, 미래.
지구 온도의 최근 동향은 또한 팔레더모메트리를 사용하여 생성된 기록에 대해 정량화될 수 있다. 지구 표면 온도는 지난 2년간 의한 온난화 추세로 1850년부터 현재까지 거의 1도 증가했습니다. 지구 기후에 대한 인위적인 영향을 이해하려면 정확한 고생물학 기록을 개발하고 컨텍스트로 사용해야 합니다.
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<div class="chapter_text" id="script_5">
당신은 방금 분기 글리세롤 다이얼킬 글리세롤 글리세롤 테트라에테르 팔레더 모메트리의 JoVE의 개요를 보았다. 이제 분기된 GDGT 바이오마커가 어떻게 사용되는지, 그리고 이를 추출하고 정화하는 전반적인 기술을 이해해야 합니다. 이 시리즈의 다음 동영상은 이 복잡한 프로세스에 대해 자세히 설명합니다.
시청해 주셔서 감사합니다!
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고기후학을 위한 bGDGT 바이오마커 분석 개요

Source: Laboratory of Jeff Salacup&#160;- University of Massachusetts Amherst
Throughout this series of videos, natural samples were extracted and ...

바이오마커라고 하는 유기 화합물은 지구 과학에서 과거의 기후와 환경에 대한 정보를 연관시키기 위한 고온도계로 사용할 수 있습니다. 살아있는 유기체는 이러한 바이오마커를 생산하여 그들이 살았던 환경에 대한 정보를 제공합니다. 그들은 수백만 년 전의 지구의 온도와 같은 과거 사건에 대한 정보를 알려주는 "대리" 역할을 할 수 있습니다. 지상의 고온은 담수 분지의 퇴적물에서 발견되는 바이오마커를 사용하여 분석할 수 있습니다. 이러한 바이오마커의 핵심 클래스 중 하나는 분지 글리세롤 디알킬 글리세롤 테트라에테르 또는 분지 GDGT입니다.이 비디오는 수억 년 동안 담수 환경의 과거 변화를 조사하는 고기후학이라는 연구 분야를 소개합니다. 이는 현재와 미래의 기후 및 환경 변화를 설명하는 데 도움이 됩니다. 퇴적물은 유체의 움직임과 중력으로 인해 지질학적 시간에 걸쳐 퇴적분지 또는 지구 지각의 낮은 지역에 축적됩니다. 퇴적 분지에는 해양 퇴적물을 모으는 바다 또는 호수가 포함되며, 호수는 호수 퇴적물을 수집합니다. 해양 분지와 호수 분지에는 서로 다른 유형의 유기체가 포함되어 있으며, 대부분 그들 사이의 염분 차이에 의해 주도됩니다. 따라서 해양 및 용암 분지에는 서로 다른 바이오마커가 포함되어 있습니다. 분지 GDGT는 혐기성 산성 박테리아의 막에 걸쳐 있는 지질로 생각됩니다. 연구에 따르면 생산 유기체는 온도 변화에 반응하여 막 특성을 변화시킵니다. 이러한 변화는 분지형 GDGT의 메틸화된 부위가 더 낮은 온도에서 고리화된 부위로 변형되어 멤브레인 유동성을 향상시킴으로써 발생합니다. 이러한 구조의 변화는 프록시를 통해 온도와 상관 관계를 가질 수 있습니다. 프록시는 측정 가능한 변수와 상관 관계가 있는 측정 가능한 물리적 현상입니다. 이 프록시는 바이오마커의 메틸화 또는 MBT 및 고리화(CBT)의 수를 온도와 관련시킵니다. 실험적으로 파생된 방정식은 MBT 및 CBT를 과거 평균 연간 기온과 관련시킬 수 있습니다. 분지화된 GDGT 바이오마커와 토양 온도 사이의 관계를 연구하려면 용암 퇴적물을 수집하고, 세 가지 기술 중 하나로 추출하고, 정제하고, 분석해야 합니다. 분지형 GDGT 바이오마커와 토양 온도 사이의 관계를 연구하기 위해 먼저 다양한 기술을 사용하여 라쿠스트린 퇴적물에서 지질 분자를 추출합니다. 초음파 처리를 통한 추출은 침전물 샘플에서 총 지질 추출물 또는 TLEE을 얻는 가장 간단하고 저렴한 방법입니다. 이를 위해 초음파 수조를 사용하여 유기 용매가 들어있는 바이알에서 샘플을 교반합니다. 메탄올과 디클로로메탄의 혼합물은 다양한 극성을 가진 바이오마커를 추출하는 데 사용됩니다. 또 다른 추출 기술은 Soxhlet 추출을 사용합니다. Soxhlet 추출기는 둥근 바닥 플라스크에서 응축기로 유기 용매의 환류 또는 연속 순환을 가능하게 하며, 응축기는 냉수로 냉각되어 되돌아갑니다. 응축된 용매는 샘플을 포함하는 유리 섬유 골무로 떨어집니다. 일단 가득 차면 챔버는 유기 용매를 둥근 바닥 플라스크로 다시 빨아들여 시간이 지남에 따라 지속적으로 추출할 수 있습니다. 이 기법은 큰 퇴적물 덩어리를 추출하고 기기 보정을 위한 많은 양의 표준물질을 준비하는 데 유용합니다. 마지막으로, 가속 용매 추출(ASE)은 고온 및 고압을 활용하여 추출 공정의 역학을 증가시키는 상표 추출 방법입니다. ASE 기기는 최대 24개의 개별 시료를 저장할 수 있으며 추출 공정의 모든 파라미터를 정밀하게 제어할 수 있습니다. ASE는 사용 속도와 단순성으로 인해 일반적으로 용매 추출의 표준 방법으로 사용됩니다. 이러한 기법 중 하나를 사용하여 지질 시료를 추출한 후 분석 준비를 위해 정제합니다. 일반적으로 실리카겔 컬럼 크로마토그래피는 극성에 따라 지질 샘플을 정제하는 데 사용됩니다. 이를 위해 작은 유리 기둥에는 겔이라고 하는 미세한 실리카 분말이 적재됩니다. 그런 다음 컬럼을 무극성 용매(일반적으로 헥산)로 포화시킨 다음 샘플을 상단에 로드합니다. 추출물의 분리는 고체상 또는 용매상에 대한 표적 화합물의 친화도를 기반으로 합니다. 극성 화합물(이 경우 분지형 GDGT)은 무극성 헥산보다 극성 실리카에 더 끌립니다. 따라서 탄화수소와 같은 무극성 화합물, 케톤 및 알코올과 같은 중간 극성 화합물 및 고극성 화합물은 서로 다른 속도로 극성이 증가하는 용매에 반응하여 컬럼을 이동합니다. 그런 다음 용리액을 별도의 분획으로 수집합니다. 그런 다음 질량 분석기 또는 LC-MS에 결합된 고성능 액체 크로마토그래피를 사용하여 정제된 GDGT를 분석합니다. LC-MS는 먼저 화합물을 분리한 다음 질량 대 전하 비율에 따라 화합물을 분석합니다. 이를 통해 선택한 질량 이온에 대한 곡선 아래 면적을 사용하여 각 유형의 GDGT의 상대 농도를 측정할 수 있습니다. MBT는 전체에 대한 그룹 1 분자의 비율로 계산됩니다. 그런 다음 CBT는 그룹 1과 2의 분자를 사용하여 음성 로그로 계산됩니다. 그런 다음 MBT와 CBT를 실험에서 파생된 방정식에 연결하여 고기온 측정에 도달합니다. 바이오마커 프록시를 사용한 고온의 측정은 지구 과학의 다양한 응용 분야에서 유용합니다. 첫째, 고기온 측정을 통해 장기간에 걸쳐 지구의 온도를 측정할 수 있습니다. 다양한 기술을 사용하여 지구의 온도는 5억 년 전으로 거슬러 올라가는 것으로 추정되었습니다. 이것은 다양한 형태의 생명체가 진화한 온도의 범위를 알려주고 과거와 더 나아가 미래에 지구의 생물권, 수권, 암석권 및 대기에 대한 온도의 영향에 대한 조사를 알려줍니다. 지구 온도의 보다 최근의 추세는 고온도계법을 사용하여 구성된 기록에 대해서도 정량화할 수 있습니다. 지구 표면 온도는 1850년부터 현재까지 거의 1도 상승했으며, 지난 20년 동안 온난화 추세가 두드러졌습니다. 지구 기후에 대한 인위적 영향을 이해하려면 정확한 고기후 기록을 개발하고 맥락으로 사용해야 합니다. 당신은 방금 JoVE의 분지 글리세롤 디알킬 글리세롤 테트라에테르 고온도 측정 개요를 시청했습니다. 이제 분지형 GDGT 바이오마커가 어떻게 사용되는지, 그리고 이를 추출하고 정제하는 전반적인 기술을 이해해야 합니다. 이 시리즈의 다음 비디오에서는 이 복잡한 프로세스에 대해 자세히 설명합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

Education

교육

JoVE Science Education

Environmental Sciences

환경 과학

Earth Science

지구 과학

sediment biomarkers for past climate records

Sediment biomarkers can record past climate conditions, and branched GDGTs are one example used to study temperature in freshwater basins. These organic compounds are extracted from natural samples, purified, and then measured to help reconstruct environments from the past. In paleoclimatology, scientists use these records to better understand climate change over time.

Sediments build up over geologic time in sedimentary basins, which are low areas in the Earth’s crust where material is carried by water, air, movement, and gravity. Two main basin types are marine basins, such as oceans and seas, and lacustrine basins, such as lakes. Because these settings support different organisms and often differ in salinity, they contain different biomarkers.

Branched glycerol dialkyl glycerol tetraethers, or branched GDGTs, are studied in lacustrine sediment as paleothermometers. They are linked to the MBT/CBT proxy, which uses the number of methylation and cyclization features in the molecules. CBT, or cyclization of branched tetraethers, has been related to soil pH, while MBT, or methylation of branched tetraethers, is linked mainly to mean annual air temperature and also to soil pH.

Branched GDGTs are thought to be membrane-spanning lipids made by anaerobic Acidobacteria, which are bacteria found in soils and peat. Some research also suggests these compounds can form in oxic and anoxic lake and marine water columns and sediments. Scientists think colder conditions may shift methylated sites toward cyclized sites to help maintain membrane fluidity, but the exact source of the lipids is still not fully known.

To study these biomarkers, lacustrine sediments are collected, extracted, purified, and analyzed. The total lipid extract can be obtained by sonication, Soxhlet extraction, or accelerated solvent extraction, also called ASE. Sonication is the simplest and least expensive method, Soxhlet uses continuous solvent cycling, and ASE uses high temperature and pressure and is often used as the standard method because it is fast and easy to control.

After extraction, the sample is usually purified with silica gel column chromatography. In this step, the sample moves through silica using solvents of increasing polarity. Polar branched GDGTs are retained differently from apolar, mid-polar, and highly polar compounds, so the eluents are collected in separate fractions. The purified GDGTs are then ready for analysis.

The final measurement uses high performance liquid chromatography coupled to mass spectrometry, or LC-MS. This method separates the compounds and measures them by mass-to-charge ratio, or m/z. The relative abundance of each GDGT is calculated from the area under the curve for the selected ion, and those values are entered into the calibration equation to estimate paleotemperature.

Branched GDGT paleothermometry helps scientists estimate Earth’s temperature over very long time spans. Temperature records have been reconstructed as far back as 500 million years, which helps show the range of conditions in which life evolved. These records also provide context for modern warming, including the rise in Earth’s surface temperature since 1850 and the stronger warming trend seen in recent decades.

Sediment Biomarkers for Past Climate Records

lacustrine-bgdgt-climate-records-analysis

determining spatial orientation of rock layers with the brunton compass

determining-spatial-orientation-rock-layers-with-brunton

Measuring Rock Layer Strike and Dip

The Brunton compass is used to measure the spatial orientation of rock layers and other rock features. Many rock units show planar surfaces or linear features. These include bedding surfaces, fault surfaces, fracture surfaces, joint surfaces, foliation, and mineral alignment. These measurements give geologists the raw data they need to study how rock units formed and how they changed over time. The directions are recorded as strike and dip. Strike is the direction of a flat surface, and dip...

using topographic maps to generate topographic profiles

using-topographic-maps-to-generate-topographic-profiles

Reading Contour Lines on Topographic Maps

Topographic maps show Earth’s surface in a plan view, which means an overhead view. They give a clear look at land shape from above. These maps are a standard way to represent three-dimensional terrain on a flat page. Contour lines are the key feature of a topographic map. Each line connects places with the same elevation, or height above sea level. The spacing between contour lines is called the elevation interval, and it depends on how much detail the map shows and on the land itself. <br...

making a geologic cross section

Reading Geologic Maps in 3D

Geologic maps show rock units at Earth’s surface and help geologists infer what lies below it. They began in Europe in the mid-to-late 18th century and have since become a key tool for studying rock distribution, subsurface structure, and changes through time. A modern geologic map is a data-rich, two-dimensional plan view built on a topographic map. On these maps, color variations mark specific rock units. The lines where one unit meets another are called contacts. Geologic maps also use...

physical properties of minerals i: crystals and cleavage

physical-properties-of-minerals-i-crystals-and-cleavage

Mineral Crystal Shapes and Cleavage

Mineral crystal shapes and cleavage reveal how a mineral is built at the atomic level. These physical properties are measurable and visible traits that help identify minerals. They include color, streak, magnetic properties, hardness, crystal growth form, and crystal cleavage. Each of these properties is specific to a mineral. They are tied to the mineral’s chemical make-up and atomic structure. Crystal growth form and crystal cleavage both come mainly from the repeated pattern of basic atomic...

physical properties of minerals ii: polymineralic analysis

physical-properties-of-minerals-ii-polymineralic-analysis

Mineral Clues for Rock Identification

Mineral color, streak, luster, hardness, magnetism, and acid reaction help identify minerals and rocks. These physical properties can be seen or measured in hand samples and in the field. They are tied to a mineral’s chemical makeup and, to a lesser extent, its atomic structure. The video also explains why these clues work for rocks as well as minerals. Rocks are made of mineral grains, and most rocks contain more than one mineral type, which means they are polymineralic. Some rocks are...

igneous volcanic rock

How Volcanic Rock Forms From Lava

Volcanic rock forms when magma reaches Earth’s surface and cools. It is a type of igneous rock, which means it comes from cooling and crystallization of molten material. When magma is on the surface, it is called lava. Magma is molten rock that is usually between about 800 °C and 1,200 °C. It forms inside Earth through three main melting processes. These are the addition of heat, the addition of volatiles, and decompression. Each way of making magma can produce a different kind of magma. That...

igneous intrusive rock

Magma Cooling and Igneous Rock

Igneous rocks form when hot liquid rock, called magma, cools and crystallizes. Magma temperatures typically range from about 800 °C to 1,200 °C. These rocks record the freezing of molten material inside Earth.

an overview of bgdgt biomarker analysis for paleoclimatology

Sediment biomarkers can record past climate conditions, and branched GDGTs are one example used to study temperature in freshwater basins. These organic compounds are extracted from natural samples, purified, and then measured to help reconstruct environments from the past. In paleoclimatology, scientists use these records to better understand climate change over time. Sediments build up over geologic time in sedimentary basins, which are low areas in the Earth’s crust where material is...

an overview of alkenone biomarker analysis for paleothermometry

an-overview-of-alkenone-biomarker-analysis-for-paleothermometry

Sea Surface Temperature from Alkenone Ratios

Sea surface temperature can be reconstructed from alkenone ratios preserved in marine sediment. Alkenones are long-chain, unsaturated alkyl ketones made by some haptophyte algae, especially coccolithophores such as Emiliania huxleyi and Gephyrocapsa oceanica in the open ocean. The most widely used proxy is the U K'37 index, which compares the C37:2 and C37:3 alkenones. Because the ratio changes with growth temperature, it can be used to estimate past sea surface temperature. The U K'37 proxy...

sonication extraction of lipid biomarkers from sediment

sonication-extraction-of-lipid-biomarkers-from-sediment

How Organic Carbon Becomes Biomarkers

Organic material and inorganic material are chemically different. In an ecosystem, living material includes leaves, fungi, bark, and tissue. Non-living material includes rocks, their minerals, oxygen, water, and metals. Organic matter contains carbon linked to other carbon and hydrogen molecules, which sets it apart from inorganic matter. Carbon is especially flexible in the kinds of bonds it can form. Its valence range from -4 to +4 lets it make up to four separate covalent bonds with nearby...

soxhlet extraction of lipid biomarkers from sediment

soxhlet-extraction-of-lipid-biomarkers-from-sediment

Large-Volume Sediment Extraction for Standards

Large-volume sediment extraction is used to isolate compounds for chemical standards. These standards help labs track the performance, accuracy, and precision of instruments over time. That way, a measurement made today can be compared with one made a year later. Because standards must be checked over long periods, labs often need large amounts of material. Many chemical standards can be bought from companies such as Sigma-Aldrich and Fisher. But some natural compounds needed for paleoclimatic...

extraction of biomarkers from sediments - accelerated solvent extraction

extraction-of-biomarkers-from-sediments-accelerated-solvent-extraction

Sediment biomarkers can help scientists reconstruct past air and water temperatures. In this method, a group of organic biomarkers called glycerol-dialkyl glycerol-tetraethers, or GDGTs, is studied in modern sediments and in older sediment layers of known age. GDGTs are produced by a suite of archaea and bacteria. Their distribution changes in a predictable way in response to temperature. That pattern lets researchers use sediment records to track how climate changed over time. These...

conversion of fatty acid methyl esters by saponification for uk'37 paleothermometry

conversion-fatty-acid-methyl-esters-saponification-for-uk-37

Saponification for Cleaner GC-FID Analysis

Saponification helps clean up complex lipid samples before gas chromatography analysis. A total lipid extract, or TLE, from an organic solvent extraction can contain hundreds or even thousands of compounds. Researchers may only need a few target compounds. They may also need to remove unwanted material that gets in the way or co-elutes, meaning it comes off the gas chromatograph at the same time as another compound. This sample cleanup supports measurement on a gas chromatograph coupled to a...

purification of a total lipid extract with column chromatography

purification-of-a-total-lipid-extract-with-column-chromatography

Separating Lipid Classes by Column Chromatography

Column chromatography is used to separate lipid classes in a total lipid extract. A total lipid extract, or TLE, is often a complex mixture made up of hundreds or even thousands of compounds. Researchers may only need a few target compounds, so they remove the compounds they are not studying. Those target compounds can belong to different classes, including alkanes, ketones, alcohols, and acids. In some studies, a sample may contain many compounds, but only a small set matters for analysis.

removal of branched and cyclic compounds by urea adduction for uk'37 paleothermometry

removal-branched-cyclic-compounds-urea-adduction-for-uk-37

Urea Adduction Separates Lipid Shapes

Urea adduction separates straight-chain lipids from branched and cyclic compounds in a total lipid extract. Researchers use this step when they want only a small set of target molecules from a sample that may contain hundreds or even thousands of compounds. For paleothermometry, the target compounds are the alkenones used in U k'37 and the isoprenoidal glycerol dialkyl glycerol tetraethers, or GDGTs, used in MBT/CBT. Together, these organic paleothermometers depend on only six compounds: two...

earth science

이 컬렉션은 지질학에서 지구화학에 이르기까지 다양한 광물의 물리적 및 화학적 특성과 암석 분석 시연을 포함한 다양한 주제를 다루고 있습니다.

Learn how branched GDGTs in lake sediments are extracted, purified, and measured with LC-MS to reconstruct past temperature and climate records.

Sediment Biomarkers for Past Climate Records | JoVE K12

Pennsylvania State Academic Standards

Earth and Space Science

Human Sustainability

3.3.9-12.M

Louisiana Student Standards for Science

High School

Earth’s Systems

HS-ESS2-4

HS-ESS3-6

ohios-learning-standards-and-model-curriculum

Ohio’s Learning Standards and Model Curriculum

Physical Geology

Minerals

properties-minerals-hardness-luster-cleavage-streak-crystal-shape

Properties of minerals (hardness, luster, cleavage, streak, crystal shape, fluorescence, flammability, density/specific gravity, malleability)

Earth's History

The geologic rock record

Plate Tectonics

Historical review

Glacial Geology

Glaciers and glaciation

Virginia  Standards of Learning

HIgh School

ES.5

ES.5.a

ES.10

ES.10.d

Texas Essential Knowledge and Skills

Earth Systems Science

112.49.c.11

112.49.c.11.E.

Alabama Course of Study Science

9-12.ESS.2.5.d

9-12.ESS.2.6.a

Next Generation Science Standards

Earth’s Place in the Universe

HS-ESS1-6

Florida Department of Education

SC.912.E.7

SC.912.E.7.7

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Physical Science

HS. Structure and Properties of Matter

HS-PS1-10.

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-5.

Life Science

matter-and-energy-in-organisms-and-ecosystems

Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

HS-LS1-6.

HS-LS2-4.

Earth and Space Sciences

History of Earth

HS-ESS1-6.

HS-ESS2-6.

HS-ESS2-7.

Jeff Salacup

Overview

Principles of Branched Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraether Biomarkers

Branched GDGT Extraction

Biomarker Purification and Analysis

Applications

Summary

Igneous Volcanic Rock

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Igneous rocks are the products of cooling and crystallization of magma. Volcanic rocks ...

The Carbon Cycle

Carbon is the basis of all organic matter on Earth, and is recycled through the ecosystem in two primary processes: one in which carbon is exchanged among ...

Igneous Intrusive Rock

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Igneous rocks are products of the cooling and crystallization of high temperature ...

Using Topographic Maps to Generate Topographic Profiles

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Topographic maps are &#34;plan-view&#34; representations of Earth&#39;s ...

Determining Spatial Orientation of Rock Layers with the Brunton Compass

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Most rock units exhibit some form of planar surfaces or linear features. Examples ...

Making a Geologic Cross Section

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Geologic maps were first made and utilized in Europe, in the mid-to-late 18th century. ...

Use models to explain how mantle convection powers plate tectonics.

ESS.EES.2.1

Analyze and interpret data to predict locations of volcanoes and earthquakes based on plate boundaries.

ESS.EES.2.2

An Overview of Alkenone Biomarker Analysis for Paleothermometry

Topographic Surveying and Contours

Topographic surveying is critical for documenting the Earth's surface, focusing on capturing elevations, slopes, and natural and man-made features. It is ...

Plotting of Topographic Maps

Topographic maps represent the Earth's surface features using contour lines, which connect points of equal elevation to create a two-dimensional ...

Methods of Obtaining Topography

Topography involves measuring and mapping land elevations, natural features, and artificial structures to create accurate representations of the terrain. ...

Use models to explain how plate tectonics influence topography.

ESS.EES.2.3

The Soil Ecosystem

Plants obtain inorganic minerals and water from the soil, which acts as a natural medium for land plants. The composition and quality of soil depend not ...

Conditions on Early Earth

What are Biogeochemical Cycles?

The most common elements in organic molecules, carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur, and phosphorus, are only available in the ecosystem in limited ...

The Water Cycle

The Earth&rsquo;s hydrosphere includes all of the areas where the storage and movement of water occurs. Since water is the basis of all living processes, ...

The Nitrogen Cycle

Nitrogen atoms, present in all proteins and DNA, are recycled between abiotic and biotic components of the ecosystem. However, the primary form of ...

The Phosphorus Cycle

Unlike carbon, water, and nitrogen, phosphorus is not present in the atmosphere as a gas. Instead, most phosphorus in the ecosystem exists as compounds, ...

The Sulfur Cycle

Sulfur, an important element in the chemical makeup of proteins, is recycled through the atmosphere and aquatic and terrestrial environments. Found in the ...

Bioremediation

Bioremediation is the use of prokaryotes, fungi, or plants to remove pollutants from the environment. This process has been used to remove harmful toxins ...

Carry out investigations to explain how the rock cycle and rates of weathering, erosion, and soil formation influence Earth's systems.

ESS.EES.2.4

What is Climate?

Climate refers to the prevailing weather conditions in a specific area over an extended period. As the saying goes, &#8220;Climate is what you expect. ...

What is Weather?

Overview

Weather refers to the current state of atmospheric conditions at a specific time and place. Weather is temporary and is influenced by the ...

Variation of Atmospheric Pressure

Change in atmospheric pressure with height is particularly interesting. The decrease in atmospheric pressure with increasing altitude is due to the ...

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Analyze and interpret data to explain how volcanic activity influences changes in Earth's atmosphere, geosphere, biosphere, and hydrosphere.

ESS.EES.2.5

States of Water

Water exists in any one of the three classical states: solid (ice), liquid (water), and gas (steam or water vapor). The state of water depends on i) the ...

Carry out investigations to explain the properties of water.

ESS.EES.3.1

Analyze how the geosphere is shaped by plate tectonics and the rock cycle.

Sediment Biomarkers for Past Climate Records

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