Een overzicht van alkenon-biomarkeranalyse voor paleothermometrie

Paleothermometrie is de berekening van verleden temperaturen door analyse van specifieke chemicaliën in natuurlijke monsters, zoals die achtergelaten zijn door prehistorische algen.

Algen zijn een diverse groep organismen die al millennia overvloedig zijn in de oceanen en meren van de aarde. Bepaalde chemische verbindingen, die worden afgezet in sediment door oude algen, fungeren als biomarkers – organische verbindingen die onderzoekers waardevolle inzichten kunnen bieden in de geschiedenis van de aarde. In feite, analyse van algen biomarker inhoud in sediment stelt onderzoekers in staat om de temperatuur van de aarde honderden miljoenen jaren geleden te bepalen.

Een dergelijk record komt van sommige soorten coccolithoforiden. Deze algen produceren verschillende hoeveelheden alkenonen, een klasse van robuuste biomarkers, op basis van de temperatuur van hun omgeving. Alkenonanalyse wordt voornamelijk gebruikt om de zeeoppervlaktetemperatuur van de oceanen van de aarde eeuwen en eeuwen geleden te berekenen.

Deze video zal het gebruik van alkenonen in paleoklimatologie illustreren en het proces van isoleren, zuiveren en analyseren van alkenonen beschrijven om de verleden zeeoppervlaktetemperatuur te berekenen.

Zoals de naam al doet vermoeden, is “Alkenon paleothermometrie” gebaseerd op de analyse van lipiden, bekend alsalkenonen. Alkenon paleothermometrie is gebaseerd op alkenonen; lange-keten, onverzadigde alkyl ketonen die 37 koolstofatomen en 2 tot 4 dubbele bindingen bevatten. Elke dubbele binding is een plaats van onverzadiging. Bij lage zeeoppervlaktetemperaturen, produceren alkenon producenten meer onverzadigde alkenonen dan verzadigde. De verhouding van verzadiging tot onverzadiging staat bekend als de Alkenon Onverzadigings Index.

De alkenonen die meestal worden geëvalueerd zijn C_37:2 en C_37:3, die 37 koolstofatomen en respectievelijk twee of drie dubbele bindingen hebben. De onverzadigingsindex van deze alkenonen, of de U^K'₃₇, is positief gerelateerd aan de zeeoppervlaktetemperatuur. De analytische methode bekend als gaschromatografie is over het algemeen gevoelig genoeg om deze alkenonen van elkaar te scheiden. Echter, alkenon-producerende algen genereren vaak ook chemisch vergelijkbare vetzuur methyl esters, of alkenoaten, die niet kunnen worden onderscheiden van alkenonen met behulp van deze techniek. Koolwaterstofverontreiniging door vervuiling kan chromatografisch analyse ook verder vertroebelen. Om de relatieve alkenonconcentratie nauwkeurig te bepalen, moeten alkenoaten en onbekende koolwaterstoffen worden verwijderd vóór analyse door de methoden van verzeping en ureum additie.

Nu de relatie van sediment alkenon verhoudingen tot zeeoppervlaktetemperatuur is beoordeeld, laten we de technieken bekijken voor hun zuivering van een totaal lipide extract en analyse van de onverzadigingsverhouding.

Zodra marien sediment is verzameld en geëxtraheerd, moet het totaal lipide extract, of TLE, een meervoudig zuiveringsproces doorlopen en geanalyseerd worden. Eerst ondergaat het extract verzeping om alkenoaten om te zetten in carboxylaatzouten en methanol met behulp van een sterke base en hitte. Andere vetzuuresters aanwezig in de TLE zullen worden verzept tot zouten en glycerol.

Nadat het mengsel is afgekoeld tot kamertemperatuur, wordt een waterige zout oplossing toegevoegd om zouten en glycerol te vormen. Het mengsel wordt vervolgens aangezuurd om de carboxylaat anionen te protoneren, waardoor vetzuren worden geproduceerd. Ten slotte worden de alkenonen en vetzuren uit het mengsel geëxtraheerd met hexaan.

Silica gel chromatografie wordt vervolgens uitgevoerd om zowel apolaire verbindingen als de polaire vetzuren geproduceerd door verzeping te verwijderen. Het droge en verzepte TLE wordt opgelost in hexaan en vervolgens geladen op een kolom. Silica houdt polaire verbindingen sterker vast dan apolaire.

Eerst worden apolaire verbindingen verwijderd met een apolaire oplosmiddel, zoals hexaan. Vervolgens worden alkenonen geëlueerd door een matig polair oplosmiddel, zoals dichloromethaan, waardoor de zeer polaire vetzuren en andere ongewenste polaire verbindingen op de kolom achterblijven.

Als het oorspronkelijke sedimentmonster is verzameld uit een zwaar vervuild gebied, wordt ureum additie uitgevoerd om eventueel overgebleven sterk vertakte of cyclische koolwaterstoffen te verwijderen. De droge midden-polariteit fractie wordt opgelost in een oplosmiddel mengsel waarin de sterk polaire ureum minimaal oplosbaar is, zoals DCM en hexaan. Vervolgens wordt een geconcentreerde oplossing van ureum in methanol toegevoegd aan de TLE, waardoor ureum kristallen worden geprecipiteerd.

Rechte keten moleculen zoals alkenonen passen in de ruimtes tussen moleculen in het ureum kristal rooster, maar sterk vertakte en cyclische moleculen niet, en worden uitgeworpen.

Zodra de kristalgroei is voltooid, worden de ureum kristallen gedroogd en vervolgens gewassen met een apolaire oplosmiddel om uitgeworpen verbindingen te verwijderen. Vervolgens worden de kristallen opgelost in een kleine hoeveelheid water. De alkenonen worden uit het water geëxtraheerd met een apolaire oplosmiddel voor analyse.

Terwijl alle eerdere zuiveringsstappen geen onderscheid maakten tussen alkenonsoorten, zijn kleine verschillen in kookpunt en moleculaire structuur voldoende voor scheiding op een gaschromatografie kolom. Wanneer gecombineerd met een vlam-ionisatie detector, kunnen relatieve concentraties van de alkenonen, worden bepaald.

Moleculen worden geïdentificeerd op het chromatogram door hun retentietijd, of de tijd die nodig is voor de verbinding om de kolom te verlaten. De retentietijd van de gewenste verbindingen worden vastgesteld met alkenon standaarden.

De relatieve concentraties van de alkenonen worden bepaald uit analyse van de ge