Докембрия ( от 4,6 до 0,541 Гр назад) атмосфера наблюдалось постепенное нарастание фотосинтетически производства кислорода (O 2), возможно , перемежается шагом изменения в так называемой "Великой Окисление Событие" (ГЭ) приблизительно 2,4 Гр назад, и снова в неопротерозое ( от 1 до 0,541 Гр назад) в качестве атмосферного O 2 приблизились современные уровни 1. Цианобактерии являются эволюционные остатки первых организмов , способных к фотосинтезу кислородный 2. Геохимические данные и модельные исследования подтверждают роль мелких прибрежных сред в укрывательстве активных сообществ цианобактерий или организмов , способных кислородный фотосинтез или оксигенных фототрофов, создавая локальные оазисы кислорода в поверхности океана ниже преимущественно бескислородной атмосфере 3-5.
Осаждение железистых формаций (BIFS) из морской воды в течение докембрия пункта до железа (II) (Fe (II)) в качестве основного геохимической Constituent морской воды, по крайней мере локально, во время их осаждения. Некоторые из крупнейших BIFS являются глубоководные отложения, образуя от континентального шельфа и склона. Количество Fe осаждается несовместим с точки зрения баланса масс с преимущественно континентальной (т.е., выветривание) источника. Таким образом, большая часть Fe , должно быть поставлено из гидротермальной мафической или ультрамафит морского дна коры 6. Оценки скорости железа осаждается подвесным прибрежной среды согласуются с Fe (II) , подаваемая на поверхности океана с помощью апвеллингом 7. Для того, чтобы Fe к перевозке в восходящих токов, должен был присутствовать в восстановленном, подвижной форме - в виде Fe (II). Среднее состояние окисления Fe сохраняется в БИФ 2,4 8 , и как правило , считается , что БИФ сохраняют Fe откладываются в виде Fe (III), образующихся при апвеллингом Fe (II) , был окислен, возможно , кислородом. Поэтому, исследуя потенциальные механизмы окисления Fe (II) вдоль склона environmeNTS важно понять, как БИФ формируется. Кроме того, уточнены геохимические характеристики морских отложений определил, что железистые условия, в которых Fe (II) присутствует в бескислородной толще воды, были устойчивой чертой океанов на протяжении докембрия, и не может быть ограничено только время и место где БИФ были сданы на хранение 9. Поэтому, по крайней мере , двух миллиардов лет истории Земли, окислительно - восстановительные интерфейсы между Fe (II) и O 2 в неглубоких океанов, вероятно обычным делом.
Результаты многочисленных исследований используют современные сайты, которые являются химические и / или биологические аналоги различных особенностей докембрийском океана. Хорошим примером являются железистые озера , где Fe (II) устойчива и присутствует в поверхностных водах , освещенных солнцем в то время как фотосинтетическая активность ( в том числе цианобактерии) был обнаружен 10-13. Результаты этих исследований дают представление о геохимических и микробиологических характеристик для кислородной бескислородной / ЧОКruginous хемоклине. Однако эти сайты , как правило , физически расслаивается с небольшим количеством вертикального перемешивания 14, а не химических интерфейсов , происходящих в системе апвеллинга, и , как полагают, поддерживают большинство производства кислорода в докембрии 4.
Естественным аналогом исследовать развитие морской оазис кислорода под бескислородной атмосфере, и на (II) системы -богатой апвеллинга Fe в освещенной солнцем колонке поверхностных вод отсутствует на современной Земле. Поэтому, лабораторная система, которая может имитировать железистых зону апвеллинга, а также поддерживают рост цианобактерий и photoferrotrophs требуется. Понимание и идентификация микробных процессов и их взаимодействие с апвеллинга водной средой, которая представляет собой докембрийскую морской воды способствует пониманию и может дополнить информацию, полученную от рок-записи для того, чтобы полностью понять отличительные биохимических процессов на древней Земле.
С этой целью, колонна лабораторного масштаба была разработана, в котором Fe (II) -богатой морской воды среда (рН нейтральный) закачивали в нижнюю часть колонны, и откачивают из верхней части. Освещение было представлено в верхней части, чтобы создать 4 см в ширину "фотическая зона", которая поддерживала рост цианобактерий в топ-3 см. Естественная среда, как правило, стратифицированной и стабилизируют физико-химические градиенты, таких как солености или температуры. Для стабилизации водной толщи на лабораторном масштабе, цилиндр колонна была упакована с пористой стеклянной дробью матрицы, которая помогла поддерживать создание геохимических моделей, которые развивались в ходе эксперимента. Непрерывный Н 2 / СО 2 поток газа был применен для промывки головное пространство колонны с целью поддержания бескислородной атмосферы отражающую океана до начала GOE 15. После того, как был создан постоянный поток Fe (II), цианобактерии были привиты по всей колонне, и их growtч контролировали с помощью подсчета клеток на образцах, снятых через порты отбора проб. Содержание кислорода регулируют на месте путем размещения чувствительных к кислороду optode фольг на внутреннюю стенку цилиндра , колонки и измерения были сделаны с помощью оптического волокна , из - за пределов колонны. Водный раствор Fe видообразование количественно путем удаления образцов из глубины с разрешением горизонтальных отверстиям для отбора проб и проанализированы с помощью метода Ferrozine. Эксперименты абиотические управления и результаты демонстрируют доказательство правильности концепции - что Лабораторный аналог древней водной толщи, сохраняется в отрыве от атмосферы, достижима. Цианобактерии росли и вырабатывали кислород, и реакции между Fe (II) и кислорода были разрешимы. При этом методология проектирования, подготовки, монтажа, исполнения и выборки такого столбца представлены наряду с результатами от 84 ч пробега колонны во время прививали с морской цианобактерии Synechococcus зр. PCC 7002.