Обзор анализа биомаркеров bGDGT для палеоклиматологии

Органические соединения, называемые биомаркерами, могут быть использованы в науках о Земле в качестве палеотермометров для сопоставления информации о климате и окружающей среде прошлого.

Живые организмы вырабатывают эти биомаркеры, которые предоставляют нам информацию об окружающей среде, в которой они жили. Они могут выступать в качестве посредника, чтобы сообщить нам информацию о прошлых событиях, таких как температура Земли миллионы лет назад.

Наземная палеотемпература может быть проанализирована с помощью биомаркеров, обнаруженных в отложениях пресноводных бассейнов. Одним из ключевых классов этих биомаркеров являются разветвленные диалкилглицериновые тетраэфиры или разветвленные GDGT.

В этом видео мы познакомимся с областью исследований, называемой палеоклиматологией, которая изучает прошлые изменения в пресноводной среде на протяжении сотен миллионов лет. Это помогает пролить свет на текущие и будущие изменения климата и окружающей среды.

Осадочные породы накапливаются в течение геологического времени из-за движения флюидов и силы тяжести в осадочных бассейнах или низких областях земной коры. К осадочным бассейнам относятся океаны, которые собирают морские отложения, или озера, которые собирают озерные отложения. Морские и озерные бассейны содержат различные типы организмов, что в значительной степени обусловлено разницей в солености между ними. Таким образом, морские и озерные бассейны содержат разные биомаркеры.

Считается, что разветвленные GDGT представляют собой мембранные липиды анаэробных ацидобактерий. Исследования показывают, что организмы-продуценты изменяют свойства мембраны в ответ на изменение температуры.

Это изменение вызвано превращением метилированных сайтов на разветвленных GDGT в циклизованные центры при более низких температурах, тем самым повышая текучесть мембраны. Это изменение в структуре затем может быть соотнесено с температурой через прокси. Прокси — это измеряемые физические явления, которые коррелируют с неизмеримой переменной.

Этот прокси связывает количество метилирования или ОБТ и циклизаций (КПТ) в биомаркере с температурой. Экспериментально полученное уравнение может связать MBT и CBT со среднегодовой температурой воздуха в прошлом.

Чтобы изучить взаимосвязь между разветвленными биомаркерами GDGT и температурой почвы, необходимо собрать озерные отложения, извлечь их одним из трех методов, очистить и проанализировать.

Чтобы начать изучение взаимосвязи между разветвленными биомаркерами GDGT и температурой почвы, молекулы липидов сначала извлекаются из озерных отложений с использованием различных методов. Экстракция с помощью ультразвука является самым простым и наименее затратным методом получения общего липидного экстракта, или TLE, из образца осадка. Для этого используется ультразвуковая ванна, которая перемешивает образец во флаконе, содержащем органический растворитель. Смесь метанола и дихлорметана используется для выделения биомаркеров с широким диапазоном полярностей. Другой метод экстракции использует экстракцию по методу Сокслета. Экстрактор Сокслета обеспечивает обратный поток, или непрерывный цикл, органического растворителя из колбы с круглым дном вверх в конденсатор, который охлаждается холодной водой и возвращается. Конденсированный растворитель попадает в стекловолоконный наперсток, в котором находится образец. После заполнения камера откачивает органический растворитель обратно в колбу с круглым дном, что обеспечивает непрерывную экстракцию с течением времени.

Этот метод полезен при извлечении больших масс осадочных пород и подготовке больших объемов эталонов для калибровки приборов. Наконец, ускоренная экстракция растворителем, или ASE, является запатентованным методом экстракции, в котором используется высокая температура и давление для увеличения кинетики процесса экстракции. Прибор ASE вмещает до 24 отдельных образцов и позволяет точно контролировать все параметры в процессе экстракции. Благодаря своей скорости и простоте использования, ASE обычно используется в качестве стандартного метода экстракции растворителем.

После того, как образец липидов экстрагируется с помощью одного из этих методов, он очищается для подготовки к анализу. Как правило, силикагелевая колоночная хроматография используется для очистки липидного образца на основе его полярности. Для этого небольшая стеклянная колонка загружается в мелкий порошок диоксида кремния, называемый гелем. Затем колонка насыщается аполярным растворителем, обычно гексаном, а затем образец загружается сверху. Разделение экстракта основано на сродстве целевого соединения либо к твердой фазе, либо к фазе растворителя.

Полярные соединения, в данном случае разветвленные GDGT, больше притягиваются к полярному кремнезему, чем к аполярному гексану. Таким образом, аполярные соединения, такие как углеводороды, среднеполярные соединения, такие как кетоны и спирты, а также высокополярные соединения будут перемещаться по колонне с разной скоростью и в ответ на растворители с возрастающей полярностью.

Затем элюенты собираются в отдельные фракции.

Очищенные GDGT затем анализируются с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с масс-спектрометром (LC-MS). LC-MS сначала разделяет соединения, а затем анализирует их на основе соотношения массы к заряду.

Это позволяет определить относительную концентрацию каждого типа GDGT с использованием площади под кривой для выбранного массового иона. MBT рассчитывается как доля молекул группы 1 к общему количеству.

Затем КПТ рассчитывается как отрицательный логарифм с использованием молекул групп 1 и 2. Затем MBT и CBT подключаются к экспериментально полученному уравнению, чтобы прийти к определению палеотемпературы.

Определение палеотемпературы с помощью биомаркеров полезно в ряде приложений в науке о Земле.

Во-первых, палеотермометрия позволяет определять температуру Земли в течение длительных периодов времени. С помощью различных методик температура Земли была оценена еще 500 миллионов лет назад. Это говорит нам о температурном диапазоне, в котором развивались различные формы жизни, и служит основой для исследований влияния температуры на биосферу, гидросферу, литосферу и атмосферу Земли в прошлом и, соответственно, в будущем.

Более поздние тенденции в температуре Земли также могут быть количественно оценены по записям, построенным с помощью палеотермометрии. Температура поверхности Земли увеличилась почти на 1 градус с 1850 года по настоящее время, с выраженной тенденцией к потеплению в последние два десятилетия. Чтобы понять антропогенное воздействие на глобальный климат, необходимо разработать точные палеоклиматические данные и использовать их в качестве контекста.

Вы только что посмотрели обзор разветвленного глицерина, диалкилглицерина, тетраэфира палеотермометрии. Теперь вы должны понять, как используются разветвленные биомаркеры GDGT, а также общую технику их извлечения и очистки. В следующих видеороликах этой серии мы рассмотрим этот сложный процесс более подробно.

Спасибо за просмотр!