Introduction
"Chemical Gärten" sind selbstorganisierende entwickelte anorganische Ausscheidungen in dem zwei Flüssigkeiten von kontrastierenden Chemikalien interagieren 1,2. Diese selbstorganisierenden anorganischen Strukturen sind Gegenstand von wissenschaftlichem Interesse seit über einem Jahrhundert Teil aufgrund ihrer biomimetischen Aussehen, und viele experimentelle und theoretische Untersuchungen verfolgt worden, um die verschiedenen komplexen Aspekte und mögliche Funktionen chemischer Gartensysteme 3 zu verstehen. Natürliche Beispiele für chemische Gärten umfassen Mineral "Schornstein" Niederschläge, die sich um hydrothermale Quellen und sickert zu wachsen, und es wurde argumentiert, dass diese könnten plausible Umgebungen für das Leben entstehen 4 bereitzustellen. Um eine chemische Garten Simulation eines natürlichen Hydrothermal Schornstein wachsen sollte ein Reservoirlösung einen simulierten Ozean Zusammensetzung und eine Injektionslösung sollte die hydrothermale Flüssigkeit, die in den Ozean-Feeds repräsentieren. Die Vielseitigkeit dieses Typs of Experiment, um verschiedene Reaktionssysteme ermöglicht die Simulation von fast allen Vorschlägen für Ozean / hydrothermale Fluidchemie, einschließlich Umgebungen auf der frühen Erde oder auf anderen Welten. Auf der frühen Erde würden die Ozeane gewesen anoxischen, sauer (pH 5-6) und würde enthielt aufgelöst atmosphärischen CO 2 und Fe 2+ sowie Fe III, Ni 2+, Mn 2+, NO 3- und NO 2. Chemische Reaktionen zwischen diesem und dem Seewasser ultramafic Ozeankruste würde eine alkalische hydrothermale Fluid Wasserstoff und Methan enthält, hergestellt wurden, und in einigen Fällen Sulfid (HS -) 4-8. Die in der frühen Erde alkalische Lüftungsumgebungen gebildet Schornsteine könnte somit haben Eisen / Eisen Oxyhydroxiden und Eisen / Nickel-Sulfide enthalten, und es wurde vorgeschlagen, dass diese Mineralien könnte insbesondere katalytischen und proto-enzymatischen Funktionen zur Nutzung geochemischen Redox / pH-Gradienten zu fahren gedient haben die Entstehung von Metabolism 5. Ebenso auf anderen Welten, wie sie können Host (oder gehostet haben) Wasser / rock-Schnittstellen - wie frühe Mars, Jupiter Mond Europa oder dem Saturnmond Enceladus - es ist möglich, dass Wasser / Rock Chemie konnte alkalische Lüftungsumgebungen in der Lage zu erzeugen Fahr präbiotischen Chemie oder sogar die Bereitstellung bewohnbaren Nischen für noch vorhandene Lebens 5,9-11.
Die klassische chemische Garten Experiment beinhaltet einen Impfkristall aus einem Metallsalz, beispielsweise Eisenchlorid-tetrahydrat FeCl 2 • 4H 2 O, in einer Lösung, die reaktive Anionen, beispielsweise Natriumsilikat oder "Wasserglas" eingetaucht. Die Metallsalz-Überblendungen, die Schaffung eines sauren Lösung, die Fe 2+, die mit dem mehr alkalischen Lösung Schnittstellen (haltige Silikat-Anionen und OH -) und einer anorganischen Membranniederschlag gebildet. Die Membran quillt unter osmotischen Drucks, platzt, dann wieder fällt eint die neue Fluid-Grenzfläche. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die Kristalle gelöst sind, was zu einem vertikal ausgerichteten, selbstorganisierte Präzipitat Struktur mit komplexer Morphologie bei Makro- und Mikrowaagen. Dieses Fällungsverfahren führt zu der weiter Trennung von chemisch kontras Lösungen über den anorganischen chemischen Garten Membran und der Differenz der geladenen Spezies durch die Membran führt zu einer Membranpotential 12-14. Chemische Gartenstrukturen sind komplex, zeigt Zusammensetzungsgradienten von innen nach außen 13,15-19, und die Wände der Struktur aufrechtzuerhalten Trennung zwischen kontrastierenden Lösungen für längere Zeit aber dennoch etwas für Ionen durchlässig. Zusätzlich dazu, dass ein idealer Experiment für Bildungszwecke (wie sie sind einfach, für den Unterricht Demonstrationen zu machen, und können die Schüler zu chemischen Reaktionen und Selbstorganisation zu erziehen) haben chemische Gärten wissenschaftliche Bedeutung als Darstellungen der Selbst assembly in dynamischen, weit entfernt vom Gleichgewicht Systemen mit Methoden, die auf die Herstellung von interessanten und nützlichen Materialien 20,21 führen kann.
Chemische Gärten im Labor können auch durch Spritzverfahren gezüchtet werden, wobei die Lösung, die ein Fällungsionen langsam in die zweite Lösung, die das Co-Präzipitieren Ion (oder Ionen) injiziert. Dies resultiert in der Bildung von chemischen Strukturen Garten ähnlich denen Kristallwachstumsexperimente mit Ausnahme, dass die Eigenschaften des Systems und der Niederschlag besser gesteuert werden kann. Das Injektionsverfahren hat mehrere wesentliche Vorteile. Er erlaubt es, eine chemische Garten bilden mit einer beliebigen Kombination von Ausfällen oder eingebaut Spezies, dh mehrere Fällungsionen in eine Lösung eingebracht werden, und / oder andere nicht kondensierender Bestandteile können entweder in Lösung enthalten sein, um zu adsorbieren / reagieren mit dem Niederschlag . Das Membranpotential in einer chemischen erzeugtenGarten System kann in einem Einspritz Experiment gemessen werden, wenn eine Elektrode in das Innere der Struktur eingebaut, wodurch elektrochemische Untersuchung des Systems. Injektionsexperimente bieten die Möglichkeit, die Injektionslösung in das Innere der chemischen Garten kontrollierter Zeitrahmen füttern durch Variation der Einspritzgeschwindigkeit oder insgesamt eingespritzte Volumen; es ist daher möglich, durch verschiedene Lösungen sequentiell einspeisen und das ausgefällte Struktur als Falle oder Reaktors. In Kombination ermöglichen diese Techniken für die Laborsimulationen der komplexen Prozesse, die in einer natürlichen chemischen Gartenanlage an einem U-Boot-Hydrothermalstattgefunden haben könnte, einschließlich einem Kamin aus vielen gleichzeitigen Fällungsreaktionen zwischen Ozean gebildet und Belüftungsfluid (zB Herstellung von Metallsulfiden, Hydroxiden und / oder Carbonate, Silikate) 5,22. Diese Techniken können auch auf jede chemische Gartenreaktionssystem aufgebracht werden, um die Bildung neuer Arten ermöglichenvon Materialien, beispielsweise Schichtrohre oder Rohre mit adsorbierten reaktiven Spezies 20,23.
Wir Detail ein Beispiel Experiment, das den gleichzeitigen Wachstum der zwei chemischen Gärten, Fe 2+ enthaltenden Strukturen in einer anoxischen Umgebung umfasst. In diesem Experiment, das wir in der anfänglichen Injektionslösung eingeSpurenMengen von Polyphosphaten und / oder Aminosäuren, ihre Wirkung auf die Struktur zu beobachten. Nach der anfänglichen Bildung der chemischen Garten wir dann eingeschaltet, um die Injektionslösung Sulfid als Sekundärfällungs Anion einzuführen. Messungen der Membranpotentiale wurden automatisch während des Experiments hergestellt. Dieses Protokoll beschreibt, wie zwei Experimente auf einmal mit einem Doppelspritzenpumpe laufen; die Daten dargestellt benötigt mehrere Läufe dieses Verfahrens. Die relativ hohe Durchflussraten, niedrigen pH-Wert der in unseren Experimenten verwendeten Behälter und Reaktantenkonzentrationen sind entworfen, um große Schornstein bilden fällt pünktlich scales geeignet für eintägige Laborexperimenten. Allerdings kann Flüssigkeitsdurchflussraten bei natürlichen hydrothermalen Quellen viel diffuser und die Konzentrationen von Ausfällen Reaktanden (zB Fe und S in einer frühen Erdsystem) könnte eine Größenordnung niedriger 4 sein; Somit würde strukturiert Präzipitate mehr Zeitrahmen zu bilden und über die Entlüftung könnte für zehntausende von Jahren 24,25 aktiv sein.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Sicherheitshinweise
- Persönliche Schutzausrüstung (Kittel, Schutzbrille, Handschuhe aus Nitril, richtigen Schuhe) gegen Chemieunfällen oder Verletzungen zu vermeiden. Verwenden Sie Spritzen und Nadeln, und achten Sie darauf, keine Handschuhe stechen. Achten Sie darauf, während der Versuchsaufbau, um das Gerät auf Dichtheit durch die Durchführung der Injektion zunächst mit Check doppelt destilliertem H 2 O (ddH 2 O), und um die Stabilität der Reaktionsgefäße auf dem Messestand zu überprüfen, bevor Sie Chemikalien.
- Verpflichten, dieses Experiment mit jedem chemischen Garten Rezept, aber einer der Reaktionspartner nutzen wir, um Tiefseeentlüftungsöffnungen simulieren, ist eine gefährliche Chemikalie, Natriumsulfid; daher tun das gesamte Experiment in einem Abzug zur Vermeidung der Exposition.
- Nur öffnen Sie die Flasche Natriumsulfid in der Abzugshaube und legen ein Gleichgewicht innerhalb der Abzug für das Wiegen Sulfid. Halten Sie immer sulfidhaltigen Lösungen in den Laborabzug, da sie giftige H 2 S-Gas freizusetzen, und halten Sie auch Sulfide flüssige, scharfe, und Abfallbehälter in der Abzugshaube. Ein weiterer Reaktionspartner von Interesse ist Fe (II) Cl 2 • 4H 2 O, die an der Luft oxidiert, so kümmern sich um Lösungen anoxischen zu halten und chemische Gärten unter anoxischen Headspace (zB N 2 oder Ar), immer innerhalb wachsen einer Abzugshaube oder Handschuhfach.
2. Richten Sie für die Injektion Versuche
- Erstellen Glas "Injektionsflaschen" durch Abschneiden der unteren 1 cm von einer 100 ml Klarglas-Rollrandserumflasche (20 mm Crimp Dichtung Verschlusstyp) mit einem Glasschneider, so dass, wenn umgekehrt ist, ist das Gefäß an der Luft. Da diese wiederverwendbar sind, reinigen Sie die Fläschchen in einem 1 M HCl Säurebad O / N, und dann gut mit ddH 2 O spülen, bevor ein neuer Versuch.
- Bereiten Sie die Injektionsfläschchen (Abbildung 1).
- Sammeln Sie eine 20 mm Septum, 20 mm Aluminium-Crimp-Dichtung und eine 0,5 bis 10 & mgr; l Kunststoffpipettenspitze. Unter Verwendung einer 16 G Spritze needle, sorgfältig durchbohren ein Loch durch die Mitte der Scheidewand, dann entfernen und entsorgen Sie die Nadel in die dafür vorgesehenen Entsorgungsabfallbehälter.
- Setzen Sie die Pipettenspitze in das Nadelloch, in die Seite des Gummimembran, die im Inneren des Rollrand des Fläschchens konfrontiert sein wird. Schieben Sie die Pipettenspitze durch die Scheidewand, so dass er stößt auf der anderen Seite.
- Crimp-Siegel der Scheidewand mit Pipettenspitze auf die Injektionsbehälter, um eine wasserdichte Abdichtung zu machen. Wenn versiegelt, drücken Sie die Pipettenspitze weiter durch die Scheidewand, so dass es außerhalb ragt.
- Bringen 1/16 "Innendurchmesser klare flexible chemikalienbeständigen Schlauch an der Pipettenspitze (Schlauchlänge sollte von der Injektionsflasche mit dem Spritzenpumpe zu erreichen); schieben Sie es sich für einen wasserdichten Verschluss.
Anmerkung: Dies ist das Einspritzrohr, von dem anderen Ende durch eine Spritze mit 16 Gauge Nadel zugeführt werden. - Dichtheit prüfen: Legen Sie eine 10 ml Spritze mit ddH 2 O mit einer 16 G-Nadel gefüllt in das andere Ende des Schlauchs(glatt den Schlauch schieben Sie direkt auf die Nadel und achten Sie darauf, um die Wand des Rohres durchstechen). Langsam zu injizieren, so daß der ddH 2 O bewegt sich die Rohrleitung und in den Boden des Reaktionsgefäßes. Stellen Sie sicher, dass die Spritze / Rohr, Rohr / tip, und Crimp-Dichtungen sind wasserdicht.
- Klemmen Sie die Injektionsflaschen auf einem Gestell in einem Abzug, so dass die Einspritzung von der Unterseite der Flasche füttern in.
Hinweis: Mehrere Fläschchen kann bis auf einmal setzen und gleichzeitig von getrennten Spritzen zugeführt werden. - Einrichten Elektroden zum Messen Membranpotential über die Wand der chemischen Gärten. Verwenden Sie immer die gleiche Konvention, für die Führung ist "innen" und die "Außenseite" der chemischen Gärten ist.
- Schnittlängen von isolierten Draht (zB Kupfer), die aus dem Inneren der Reaktionsbehälter mit der Leitung des Multimeters oder Datenlogger erreichen. Lassen Sie ein wenig Spiel in den Leitungen für die Positionierung.
- Streifen ca. 3 mm von derverdrahten nackten an den Enden, die in die Reaktionsflasche angesiedelt werden soll. An den anderen Enden, die den Multimeter führt Streifen ~ 1 cm Draht verbunden wird.
- Befestigen Sie die Drähte an Ort und Stelle, um Membranpotential über die chemische Garten zu messen. Für den Draht, der in der chemischen Garten gehen wird: legen Sie sie in die Öffnung der Pipettenspitze von dem Fluid in den Behälter zu ernähren.
- Man schiebt das Seil in leicht, den Kontakt mit der Injektionslösung zu gewährleisten, aber nicht so weit, dass sie die Einspritzströmung zu verstopfen. Für die Außendraht: Ort, es ist so, dass es in Kontakt mit dem Lösungsreservoir, aber nicht mit der chemischen Garten Niederschlag sein.
- Band oder auf andere Weise sichern Sie die Drähte, so dass sie nicht in das Injektionsglas während des Experiments (Abbildung 2) zu bewegen.
- Befestigen Sie die anderen Enden der Drähte an das Multimeter, und sichern Sie die Kabel so, dass diese Ziele auch nicht während des Experiments zu bewegen.
- Bis N 2 Stellen
- Teilen Sie die Gaszufuhr aus einem N 2 Quelle in mehrere Röhren, so dass es ein N 2-Feeds Jedes Injektionsglas.
- Platzieren Sie jede N 2 Rohr, so dass es in den Kopfraum eines der Injektionsflaschen-Feeds.
3. Herstellung von Lösungen für die Chemische Garden Wachstum
- Bereiten Sie die Reservoirlösung, 100 ml für jedes Experiment. Hinweis: In diesem Beispiel verwenden 75 mM Fe 2+ und 25 mM Fe 3+ als Fällungs Kationen (Tabelle 1).
- Erstellen anoxischen Lösungen, indem zunächst die sprudelnden ddH 2 O mit N 2 -Gas für ~ 15 min pro 100 ml.
- Abwiegen und fügen Sie die FeCl 2 • 4H 2 O und FeCl 3 • 6 H 2 O, unter leichtem Rühren zu lösen (nicht kräftig, so dass Sauerstoff nicht vorstellen).
- Nach Reagenzien gelöst sind, sofort Resume Lichtblasenbildung des Fe 2+ / Fe 3+ Lösung mit N 2 -Gas, während Injektionen hergestellt.
- Wählen Sie einen beliebigen zwei der in Tabelle 1 dargestellten Primärinjektionslösungen und Herstellung von 10 ml von jedem. Füllen einer 10 ml Spritze mit dem 7 ml Marke mit jeder der Lösungen (eine Spritze für jede Lösung). Ersetzen Sie die Nadel Kappen und beiseite stellen.
- Es werden 20 ml der sekundären Injektionslösung (Natriumsulfid - ACHTUNG). In Tabelle 1 gezeigt Füllen Sie zwei 10 ml Spritzen mit dem 7-ml-Marke mit dieser Lösung, ersetzen Sie die Nadel Kappen und beiseite stellen. Halten Sie immer sulfidhaltigen Lösungen und Spritzen in der Abzugshaube.
- Füllen Sie den ddH2O Spritzen aus Schritt 2.2.5; diese werden verwendet, um das Einspritzrohr zu spülen.
4. Starten des Primary Injection
- Verwenden gewünschten Datenlogger für Membranpotentialmessungen; messen Potenzial jedes Experiment auf einem separatE-Kanal, und stellen Sie die Scanrate, um die gewünschte Menge an Datenpunkten zu geben (zB für einen 2-Stunden-Einspritzung, die Aufnahme potenziellen alle 30 sec ausreichen würde).
- Sichern Sie sich die primäre Injektionsspritzen auf der programmierbaren Spritzenpumpe im Abzug.
- Verwenden Sie einen Abfallbecher um Tropfen aufzufangen und den Spritzenpumpe, um mit einer schnellen Rate zu injizieren, bis die Spritzen beide beginnen, in das Becherglas tropfen. Dann stoppen Sie die Injektion (um sicherzustellen, dass die zwei Spritzen beginnen Injektion an genau der gleichen Ebene).
- Re-Programm die Spritzenpumpe auf 2 ml pro Stunde zu injizieren (Kalibrierung für die Art der Spritze verwendet werden), aber nicht getroffen Start.
- Legen Sie die ddH2O Spritzen in die beiden Kunststoffspritzrohre, und injizieren, so dass das Wasser füllt die klare Schlauch bis zu der Öffnung, wo sie die Hauptreservoir eintritt. Legen Sie die Spritze auf dem Stand, über den Injektionsflaschen.
- Gießen Sie 100 ml des Fe 2+ / Fe 3+ Reservoirlösung in each Fläschchen.
- Einstellen der Strömung von der N 2 Gasleitungen, wie gewünscht, um das Experiment anoxischen für die Dauer der Injektion zu halten.
- Sorgfältig abdecken das Reservoir Fläschchen mit luftdicht (zB mit Parafilm, nicht zu behindern die Sicht durch das Glas) und legen Sie eine N 2 Einspeisung in jeder Flasche (Abbildung 3).
- Bringen Sie die ddH2O Spritzen (noch in der Rohrleitung eingeführt) sich neben der primären Injektionsspritzen. Ziehen Sie die Kunststoff-Spritzguss-Schlauch von der ddH2O Spritzennadel und unmittelbar übertragen sie direkt auf einer der Haupteinspritzung Spritzennadeln. (Achten Sie darauf, um die Wand des Schlauchs nicht durchstechen.)
- Starten Sie die Injektion, und starten Sie die Aufnahme des Membranpotentials.
5. Starten der Sekundäreinspritzung:
- Hit Station auf dem Spritzenpumpe nach 3 h (nach 6 ml injiziert wurden), einst chemischen Gartenstrukturen gebildet haben (FiguZu 4), die sich fort Erzeugen eines Membranpotential (Abbildung 5).
- Die primären Injektionsspritzen aus der Spritzenpumpe vorsichtig entfernen (aber lassen Sie sie verbunden mit dem Schlauch, so dass die Strukturen nicht gestört werden); stellte sie auf dem Ständer über dem Niveau der Flüssigkeit in den Durchstechflaschen, so daß das Fluid nicht zurück in die Spritze zu fließen.
- Sichern Sie sich die Sekundäreinspritzung Sulfid Spritzen in die Spritzenpumpe, und wiederholen Sie die Schritte 4.3 und 4.4.
- Entfernen Sie die sekundäre Spritzen ein zu einer Zeit von der Spritzenpumpe und, während der Spritzen über dem Niveau der Flüssigkeit in den Fläschchen halten, wiederholen Sie Schritt 4.9, die Übertragung der Schlauch von den primären Spritzen zu den sekundären Spritzen (Abbildung 6). Wachsam sein, daß der Fluiddruck aus dem Vorratsbehälter in die Spritze nicht dazu führt Fluid in die Spritze zurückfließen, da dies die chemische Garten kollabieren.
- Wenn die Übertragung abgeschlossen ist, sorgfältig befestigen Sie die sekundäre Spritzen zu the Spritzenpumpe.
- Re-Programm die Spritzenpumpe auf 2 ml pro Stunde zu injizieren, und drücken Sie Start, um die Injektion mit der neuen Injektionslösung fortsetzen.
- Entsorgen Sie den primären Injektionsspritzen.
6. Beenden der Experiment
- Erste Station der Spritzenpumpe, dann beenden Sie die Aufnahme des Membranpotentials und speichern Sie die Daten.
- Schalten Sie das N 2 Fluss und entfernen Sie die Zeilen und die Parafilm von den Einspritzgefäße.
- Falls gewünscht, probieren Sie die Reservoirlösung oder Niederschlag für die weitere Analyse. Um vorsichtig die Reservoirlösung und der Niederschlag nicht stören, verwenden Sie eine 25 ml Pipette vorsichtig pipettieren Sie die Reservoirlösung in mehreren Teilmengen, und entsorgen Sie die Lösung in einen Abfallbecher.
- Ausspannen Injektionsgefäße ein zu einer Zeit und gießen Sie die Lösung in eine Abfallumschlagbecher im Abzug. Verwenden ddH2O ausspülen Stücke von Niederschlag.
- Entferne die Spritzen herm die Spritzenpumpe und extrahieren Sie sie aus dem Schlauch und ließ zusätzliche Injektionsflüssigkeit weg in den Müllumschlag Becher laufen. Leeren Sie die Spritzen in den Abfallbecher, und entsorgen Sie die Spritzen in einer Sulfid Behälter für spitze Gegenstände im Abzug gehalten wird.
- Entfernen Sie den Schlauch aus dem Experiment Phiole und entsorgen Sie sie in einem Abfallsack. Uncrimp das Siegel und entsorgen Sie das Septum, Dichtung und Pipettenspitze.
- Spülen Sie das Glas Experiment Phiole und legen Sie ihn in einer 1 M HCl Säurebad O / N. (ACHTUNG - Glaswaren, die in Kontakt mit Natriumsulfid wird toxische H 2 S-Gas freizugeben, wenn in Säure gelegt wurde Halten Säurebädern im Inneren der Abzugshaube..)
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Sobald die Injektionslösung begonnen, in der Reservoirlösung zuzuführen, begann eine chemische Gartenniederschlag an der Fluid-Grenzfläche zu bilden, und diese Struktur weiter im Verlauf der Einspritz (Figuren 4-7) wachsen. In den hier beschriebenen Experimenten berichtet, die erste Injektion wurde Natriumhydroxid (die modifiziert werden können, um L-Alanin und / oder Pyrophosphat enthalten sein), und der Vorratslösung war eine 1: 3-Mischung von Fe 3+ / Fe 2+, wodurch man ein Misch -redox staatliche Eisenoxyhydroxid Niederschlag. Die chemischen Gärten zeigten typischerweise ein farbiges Doppelmorphologie - einige Stücke des Niederschlags waren dunkelgrün (wahrscheinlich, die eine gemischte Oxyhydroxid) und andere Stücke waren orange (wahrscheinlich anzeigt, vor allem ein Fe 3+ -oxyhydroxide / Oxid). Eisenoxyhydroxids chemischen Gärten waren ziemlich robust Strukturen und wurden oft in der Lage aufrecht zu bleiben, wenn das Reservoir-Lösung wurde aus dem Gefäß entfernt wird nach der Injektion (FiAbbildung 8). In Niederschlägen nur Fe-Oxyhydroxid enthält, die chemischen Gärten typischerweise gebildet mehrere Zweige; wenn jedoch die hydrophobe Aminosäure Alanin in der Injektionslösung enthalten ist, neigten die chemische Gärten weniger Verzweigungen oder auch nur eine einzige Spalte von Niederschlag zu bilden. Diese Hemmung der platzt und Verzweigung vermutlich gibt an, dass der Zusatz von Alanin erzeugt ein haltbarer chemischer Gartenmauer 26. Unter Umgebungs Rasterelektronenmikroskop (ESEM), die in Gegenwart von Alanin gebildeten Niederschläge erschienen runder und amorph, wohingegen reine Fe-Oxyhydroxid Präzipitate (ebenso wie die mit Pyrophosphat) erschienen mehrere kristalline (Abbildung 9). Wenn Pyrophosphat wurde in der Injektionslösung enthalten ist, gebildet ein verzweigtes Fe-Oxyhydroxid chemischen Garten und zusätzliche Grün bewölkt Niederschlag (wahrscheinlich Eisenpyrophosphat) gebildet und von den Rändern der Struktur (Abbildung 10) erweitert. Tseine grünen plume Niederschlag war nicht Teil der chemischen Garten und wenn das Reservoir-Lösung entfernt wurde, werden die Federn zusammenbrach und sich nicht gut an der Hauptstruktur aggregieren.
Das Membranpotential in der chemischen Garten Versuchen wurde, sobald die chemische Garten sichtbar wurde erzeugt (es gab eine Zeitverzögerung, da die Injektionslösung durch die Rohrleitung Paar). In Experimenten, bei denen die Injektionslösung war NaOH, NaOH mit Alanin oder NaOH mit Pyrophosphat, neigte das Potential, sich unmittelbar um 0,45 von Spitze zu 0,55 V und dann für etwa eine Stunde verringert, bevor die Stabilisierung in der Umgebung von 0,1 bis 0,2 V für den Rest des primären Injektions . (In Experimenten, bei denen die primäre Injektion war NaOH + Pyrophosphat + Alanin, die Spannung nicht bei dem höheren Wert von ~ 0,45-0,55 Peak, sondern es blieb um ~ 0,2 für die gesamte Primäreinspritzung). Es gab Unterschiede in der Membranpotential in Wiederholungen desselben Experiments (Abbildung 11) <strong>, aber die beobachteten Muster wurden mehr oder mehr als vier Wiederholungen von jeder Injektion Chemie weniger konsequent.
Wenn die primären Spritzen wurden an die Sekundär Spritzen mit Natriumsulfid eingeschaltet, der chemischen Garten weiter zu wachsen, mit der Ausnahme, dass sichtbare Neubildungen waren jetzt schwarz Eisensulfid. Anstatt einen Beitrag zu den bestehenden Wänden, die schwarzen Sulfid Teile der chemischen Garten schien abzweigen und getrennt zu wachsen. Sobald das Sulfid Injektionslösung erreicht die chemische Garten, sprang das Membranpotential sofort auf ~ 0,9 V. Der Wert des Potentials während der Sekundäreinspritzung erreicht war dieselbe für alle Experimente, unabhängig von der primären Injektionslösung (10). Dies, weil das Potential im chemischen Garten Experimente ist vor allem aufgrund der Chemie zwischen den beiden Schnittstellenlösungen und seit der sekundären Injektionslösungen waren 50 mM Na 2 S • 9H Wir typischerweise auf einmal durchgeführt, vier chemische Garten Experimenten unter Verwendung von vier Vorratsflaschen, die von vier getrennten Spritzen gefüttert wurden und alle mit der gleichen Geschwindigkeit durch die Spritzenpumpe angetrieben. Mit der gleichen Chemie in allen vier Duplikate, die wir oft beobachtet, große Schwankungen in der chemischen Gartenstruktur (Gesamtgröße, Zahl der Filialen) sowie Veränderungen der Membranpotential in einem Bereich von 0,1 bis 0,2 V. Dieser Mangel an Reproduzierbarkeit ist zu erwarten, in weit vom Gleichgewicht Experimenten wenn so viel, hängt von den Feinheiten der Anfangsbedingungen. Es ist wahrscheinlich, dass die Zufallsstrukturbildung in der chemischen Gärten führt manchmal zu Membranen mit unterschiedlicher Durchlässigkeit für Ionen auszufällen; in einigen Fällen sind die Injektions- und Vorratslösungen wahrscheinlich besser getrennt und somit das Membranpotential in der Lage ist, für einen längeren Zeitraum aufrechterhalten wird. Tabelle 1 Spannungen durch chemische Gärten durch langsames Einspritzen zunächst eine primäre, dann eine sekundäre, Lösung in einen Vorratsbehälter erzeugt wird. V 1max (avg) und V 2max (avg) sind die Mittelwerte der höchsten Spannungen während des primären erzeugtenund sekundären Einspritzungen sind; σ ist die Standardabweichung. 
Abbildung 1. Vorbereiten der Reaktionsgefäße. Reaktionsgefäße für die Einspritzchemikalie Garten Experimente wurden durch Abschneiden der Boden eines 100 ml Serumflasche, Einführen einer Pipettenspitze durch ein Septum w gemacht hich wurde dann auf die Flasche verschlossen Crimp, und Anbringen einer Röhre, durch die die Injektionslösung zu ernähren. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 
Abbildung 2. Platzierung der Drähte in der chemischen Garten Reaktionsgefäß. (A) Blick von oben, die die Anordnung der "inneren" Elektrode in die Einspritzöffnung. Dieser Draht wurde durch die chemische Garten umgeben, wenn es begann zu wachsen. Die "äußeren" Elektroden musste weiter von der Injektionsstelle bleiben, damit sie nicht durch die zunehmende chemische Garten berührt. (B) Befestigen Sie die Kabel mit Klebeband, so dass sie nicht während des Experiments zu bewegen.= "_ blank"> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 
Abbildung 3. Erstellen der N 2 Kopfraum. Nachdem die Reservoirlösung zugegeben wurde, wurde eine luftdichte Abdichtung über dem oberen Ende des Behälters mit Parafilm gebildet (für die Elektroden als auch), und dann wurde ein leichter N 2 Feed eingesetzt, um anoxischen Bedingungen in der gesamten chemischen Garten Wachstum aufrecht zu erhalten. Bitte klicken Sie hier um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 
Abbildung 4. Zeitraffer-Wachstum von einer chemischen Garten. Dieses Experiment enthielt 75 mM FeCl 2 • 4H 2 O und 25 mM FeCl 3 • 6 H 2 O in der Reservoirlösung. Die erste Injektion betrug 0,1 M NaOH + 10 mM K 2 P 4 O 7, und nach 180 min die Injektion wurde auf 50 mM Na 2 S • 9H 2 O. schaltet Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 
Abbildung 5. Membranpotentialen. Membranpotential wurde erzeugt, wie eine chemische Garten wuchs um die Innenelektrode. Nach der primären Injektion von Hydroxid, der zur Ausfällung Struktur zuerst gebildet wurde die Spritze mit einem Spritzennatriumsulfid-Lösung geschaltet. In diesem Experiment war die Reservoirlösung 75 mM FeCl 2 • 4H 2 O + 25 mM FeCl 
Abbildung 6. Spritze. (A) ein korrektes Einsetzen der Spritzennadel in den flexiblen Kunststoffschlauch. Darauf zu achten, um den Schlauch zu durchstechen werden. - Beispiel für ein falsches Einstecken ist in (B) gezeigt, Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 
Abbildung 8. Precipitate Stabilität. Fe (II / III) -hydroxid chemisch Gärten manchmal kann die strukturelle Stabilität aufrechtzuerhalten, nachdem der Vorratslösung wird vorsichtig entfernt. Der Niederschlag kann dann zur weiteren Analyse, wenn abgetastet werden gewünscht. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 
Abbildung 9. Environmental Scanning Electron Microscopy Bildgebung. (A) Fe (II / III) -hydroxid chemische Gärten, (B) Fe (II / III) -hydroxid chemische Gärten, die K 2 P 4 O 7, und (C) Fe ( II / III) -hydroxid chemisch Gärten Alanin enthält. Alle Bilder unterliegen dem chemischen Gärten nach nur der Primäreinspritzung. Die Niederschläge, die Alanin eingebaut erschien abgerundet und weniger kristallin als die Präzipitate nur Fe (II / III) -hydroxid und Eisen (II / III) -hydroxid, die K 2 P 4 O 7..jpg "target =" _ blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 
Abbildung 10. Chemische Gärten in einem Reservoir Lösung von 75 mM FeCl 2 • 4H 2 O + 25 mM FeCl 3 • 6H 2 O (A) Injektionslösung gewachsen enthielt 0,1 M NaOH + 10 mM K 2 P 4 O 7. (B) Injektionslösung enthielt 0,1 M NaOH + 10 mM K 2 P 4 O 7 + 10 mM Alanin. In chemischen Gärten, wo die Injektionslösung enthalten K 2 P 4 O 7, grüner Niederschlag Federn (Pfeile) in der Nähe des Fest pr gebildetecipitate Filialen, aber diese Federn nicht in vollem Umfang an der Hauptstruktur aggregiert und zusammengebrochen, wenn die Reservoirlösung wurde entfernt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 
Fig. 11 das Membranpotential durch chemische Gärten erzeugt im Behälter Lösungen von 75 mM FeCl 2 • 4H 2 O + 25 mM FeCl 3 • 6 H 2 O aufgewachsen. Vier Wiederholungen jedes Experiments sind dargestellt. Das Potential wurde erzeugt, sobald die Injektionslösung gereist das Rohr und kontaktiert dieReservoirlösung, um einen Niederschlag Struktur zu erzeugen Umhüllen der inneren Elektrode. Die Struktur weiter zu wachsen als der primäre Injektion fort. Wenn die Spritze wurde auf Natriumsulfid-Lösung ausgetauscht und die Sekundäreinspritzung begonnen (Pfeile), erhöht das Potenzial, 0,9 bis 1,0 V. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Reservoir-Lösung (100 ml) Primäreinspritzung (6 ml) Primäre Injection Rate V 1max (avg) Sekundäreinspritzung (6 ml) Sekundäre Injection Rate V 2max (avg) 75 mM FeCl 2 • 4H 2 O + 25 mM FeCl 3 • 6 H 2 O 0,1 M NaOH 3 ml / h 0,431 V, σ = 0,002 Na 2 S • 9H 2 O 2 ml / hr 0,881 V, σ = 0,047 0,1 M NaOH + 10 mM K 4 P 2 O 7 3 ml / h 0,473 V, σ = 0,016 2 ml / hr 0.914 V, σ = 0,040 0,1 M NaOH + 10 mM Alanin 3 ml / h 0,485 V, σ = 0,044 2 ml / hr 0,929 V, σ = 0,015 0,1 M NaOH + 10 mM K 4 P 2 O 7 + 10 mM Alanin 3 ml / h 0,239 V, σ = 0,061 2 ml / hr 0,923 V, σ = 0,033
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Die Bildung einer chemischen Gartenstruktur über Injektionsverfahren kann durch Kopplung zweier keine Lösungen mit reaktiven Ionen, die einen Niederschlag durchgeführt werden. Es gibt viele mögliche Reaktionssystemen, die Niederschlag-Strukturen erzeugen wird und das Finden der richtigen Rezeptur von reaktiven Ionen und Konzentrationen zu wachsen eine gewünschte Struktur ist eine Sache von Versuch und Irrtum. Die Strömungsrate der Injektionslösung wird durch eine programmierbare Spritzenpumpe gesteuert, und dies kann auch zwischen den Experimenten variiert, um unterschiedliche Raten der Fluidströmung in einem natürlichen System zu simulieren. Die Struktur der chemischen Gärten ist von vielen Faktoren abhängig, einschließlich der Zusammensetzung und der Strömungsgeschwindigkeit, und es ist möglich, Strukturen in weniger als ein paar Stunden und über längere Zeiträume von Tagen bis Wochen wachsen. Man kann auch andere Spurenkomponenten von Interesse in das Einspritzen oder Reservoirlösung hinzuzufügen, wie organische Moleküle oder andere Komponenten gedacht, die geologisch oder biologisch relevant sein <sup> 27,28. In Abhängigkeit von der Chemie können diese Komponenten in dem Niederschlag eingebaut werden und / oder Reaktionen eingehen.
Es gibt verschiedene Methoden, die in früheren Arbeiten für den Anbau von chemischen Garten Ausscheidungen, einschließlich direkte Wachstum aus Auflösung von Kristallen oder "Pellets" 18,29 und Injektionsexperimente wie die hier vorgestellten 30,31 genutzt wurden. Um eine chemische Garten Experiment, bei dem es möglich ist, zuverlässig zu messen das Membranpotential zu gestalten, muss man einen Weg vollständig umhüllt die "innere" Draht innerhalb des Präzipitats Membran während des gesamten Experiments zu erstellen. Dies ist schwierig (wenn nicht unmöglich, 14) in der Kristallwachstumsexperimente durchzuführen. In früheren Injektionsexperimente 13 haben wir in der Regel fest, dass der Draht muss direkt in der Einspritzstelle angebracht werden, da sonst die chemische Garten oft "vermeidet" der Draht, wie es wächst, so leaving die beiden Adern in der Reservoirlösung und keine Membranpotential gemessen werden kann. Chemische Gärten über Injektion gewachsen variieren in der strukturellen Stabilität in Abhängigkeit von der chemischen Reaktionsmittel-System (e) verwendet werden - zB Eisen-Silikat oder Eisenhydroxid Systeme geben robustere Strukturen, die stehen, wenn das Reservoir Flüssigkeit wird dekantiert bleiben, während reines Eisen-Sulfid-Systemen neigen dazu, eine viel mehr gallertartige, feine Niederschlag, die leicht bricht, wenn die Lösung gestört zu geben. Ein Zusammenbruch der chemischen Garten oder einem signifikanten Bruch der Membran unmittelbaren Wirkungen des Membranpotentials zu bewirken, da die ungleiche Verteilung von geladenen Spezies durch die Membran ausbluten. Somit wird in dieser Art von Experiment, ist es sehr wichtig, daß die Drähte sorgfältig vor der Injektion befestigt ist, so dass sie sich nicht bewegen, wenn die chemische Garten wächst, und dass die Versuchs / Injektion Setup stabil ist und während des Wachstums nicht gestoßen.
Weilnach dem Einspritzen des in den Behälter strömendes Fluid ist lehrreich, flexibel ist transparent Tygon Schlauch über andere Möglichkeiten, wie etwa Edelstahl empfohlen. Die durchsichtigen Schlauch ermöglicht Beobachtung der Niederschlag bildenden Teilchen in dem Rohr, ermöglicht es, Verstopfungen zu entfernen, und erlaubt den Nachweis / Entfernen von Luftblasen. Der Nachteil dieser Rohrleitung ist, dass es leicht von der Spritzennadel (6) durchstoßen werden. Wir haben mit Schalt Spritzen durch Einführen der zweiten Nadel direkt in die Rohrleitung von der Seite vor der ersten Injektion, anstatt tatsächlich Bewegen des Schlauchs von einer Spritze zur anderen, aber diese Technik sehr schwierig war, ohne Punktieren durchzuführen. Ein weiterer Vorteil der Tygon-Schlauch ist, dass, während in eine Nadel im Unglücksfall Punktion, kann man einfach schneiden Sie den punktierten Teil der Röhre aus, und setzen Sie die Nadel.
Das Wachstum der Membran wird durch die b gerichtetuoyancy und, in geringerem Maße, der Druck der Injektion. Eine drastische Veränderung der Einspritzdruck kann einen Zusammenbruch des chemischen Garten führen, vor allem in Systemen, die robust Niederschläge nicht produzieren. Beim Umschalten Spritzen, ist es wichtig, halten Sie die Spritze an entfernt oder knapp oberhalb der Flüssigkeitsstand zu verhindern, zurückfließen und die wahrscheinlich Disaggregation. Ein solches Ereignis könnte auch durch die Einrichtung des Experiments, so dass der Spritzenpumpe ist in der ungefähren Höhe der Vorratsbehälter vermieden werden können. Es macht wenig Unterschied für das Membranpotential-Daten, wenn das Experiment "Pausen" für eine Zeitdauer, während der Schalt Spritzen, so lange die chemische Garten ungestört bleibt. Daher wird empfohlen, es Spritzen sorgfältig zu wechseln, ein zu einer Zeit, und sichern Sie die Spritze, die hält den Innendruck der chemischen Garten, so dass es nicht "zurückfließen" ist, bevor Sie mit dem nächsten. Die Einspritzgeschwindigkeit sollte ziemlich const gehalten werdenant zwischen den ersten und zweiten Injektionen, und in der Regel nicht zu schnell (Mindestversuchszeit ~ mehrere Stunden), da überschüssige Einspritzdruck wird die Membran reißen.
Dieses Experiment ist vielseitig, da er die für die Untersuchung von selbstorganisierenden Präzipitat Wachstum in einer Vielzahl von Reaktionssystemen, einschließlich solcher, in denen ein oder mehrere Reaktanten in der gleichen Lösung vorhanden sind. Der Austausch von Spritzen erlaubt die Möglichkeit der wachsenden eine stabile chemische Garten mit einer Reaktionschemie, mit dann diese Struktur als "chemischer Reaktor" für eine zweite Komponente der Durchreise. Zum Beispiel, zu untersuchen, ob organische Moleküle absorbiert werden und / oder in einem hydrothermalen Schornstein des Eisenmineralien 26 zusammengesetzt reagieren, man eine chemische Garten von relevanten anorganischen Komponenten wachsen konnten und dann füttern durch eine zweite Spritze einer Lösung, die für wollte, wenn man B. Nucleotide, Aminosäuren, Peptide,oder RNA-28. Dies hätte den Effekt, Adsorption und Absorption der organischen Komponenten in dem Niederschlag statt sie Ableiten in den Behälter aufweisen. In unseren Experimenten haben wir beobachtet, dass die Sekundäreinspritzung verursachten Eisensulfid Schornsteine auf der Oberseite der vorhandenen Eisenhydroxid Schornsteine in die ursprüngliche Membran aufgrund von Fluiddruck zu halten, vermutlich durch Brüche. Somit könnte die Innenräume der verschiedenen Schornsteine zumindest etwas verbunden sein und die Abschnitte von verschiedenen Mineralien in der Membran können verschiedene Funktionen in einem Ursprung-of-Life-Szenario zu dienen, zum Beispiel Metallsulfide oxidierenden hydrothermalen H 2 / Reduzierung ozeanischen CO 2 32,33 und Eisenoxihydroxiden Fahrphosphat Reaktionen und die Verringerung der Nitrat zu Ammonium vor Ort 5,34,35. Materialwissenschaften Untersuchungen können mit dieser Art von Experiment, als auch durchgeführt werden; zum Beispiel absichtlich Bildung chemischer Gärten der katalytischen Komponenten (zB aluminosilicates) und dann füttern anderen Komponenten (zB organische Moleküle oder Phosphate) durch sie zu reagieren. Man könnte auch zu erforschen bildet Schichtmaterialien durch abwechselnde Spritzen, verschiedene anorganische Niederschläge zu produzieren (wie in Roszol und Steinbock 2011 23). Es ist eine einfache Sache, um die einzelnen Reaktionsgefäße unter anaeroben Bedingungen oder jeder gewünschten Gasraum während der chemischen Gartenbildung zu halten.
Die Grenzen dieser Art von Experiment sind vor allem aufgrund der Tatsache, dass chemische Gartenstrukturen in Systemen durch die Inflation, Auftrieb und Konvektion angetrieben sind sehr schwer zu kontrollieren. Der Niederschlag Strukturen zerbrechlich und schwierig zu entfernen und nach dem Versuch zu analysieren. Zusätzlich wird, da das Wachstum der chemischen Garten ist immer unvorhersehbar, um die Messung des Membranpotentials sicherzustellen, die "äußeren" Draht in dem Behälter muss aus der Injektionsstelle entfernt sein, um das zu verhindern chemical Garten umhüllt die beiden Adern. Unter dieser Vorsichtsmaßnahme bedeutet jedoch, dass die Drähte in der Regel nicht ideal in der Nähe der Membran. Stattdessen kann eine präzise anorganischen Membranpotentialmessungen durch Züchten der Membran auf einem Pergamentpapier Vorlage zwischen den beiden Lösungen 36 erreicht werden. In chemischen Garten Experimenten ist es normalerweise nicht möglich, Probe und / oder auf andere Weise zu messen (zB pH-Wert) des Innen Lösung; detaillierte Echtzeit-Analyse kann nur auf der Reservoirlösung erfolgen.
Natürliche Öffnungen auch Wärmegradienten zwischen dem erwärmten fluiden Phase (~ 70-100 ° C) und das Meer 4 Host usw. Hydrothermalsystemen simulieren kann es wünschenswert sein, um die chemische Garten bei einer höheren Temperatur und der Druck 37, der darstellt wachsen Herausforderungen im Zusammenhang mit dem hier beschriebenen Setup. Es wäre möglich, die Vorratsflasche in einer Heizspule, um die Temperatur zu regeln, bevor wickeln; jedoch eine unterschiedlichent Pumpentyp könnte, um in ähnlicher Weise zu erhitzen der Injektionslösung notwendig sein. Um ein natürliches System zu simulieren, kann es notwendig sein, um gelöste Gase beinhalten (zB CO 2) entweder in Lösung; Während dies einfacher sein, innerhalb des Reservoirs (Ozean Simulanzlösemittel) zu erreichen, würde es erfordern sorgfältige Vorbereitung für die Injektion (hydrothermale Simulanzlösemittel). In Tiefsee Systemen könnte die Hochdruck Schornstein Wachstum und Chemie beeinflussen, und, je nach Experiment, zunehmendem Gasdruck in den beiden Flüssigkeiten könnten eine signifikante Wirkung haben (beispielsweise gelöste CO 2 könnten in Eisen-Ausfällung in der chemischen Garten führen , auch abhängig von hydrostatischen Druck 6). Einbeziehung erhöhten Temperatur und Druck in der chemischen Garten Experimente dieses Typs würde zu vielen interessanten Möglichkeiten führen, da Temperatur und Druck beeinflusst die Löslichkeit, Fällung, und die spezifischen Eigenschaften viele Mineralien.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Syringe Pump | Fisher | 14-831-3 | Dual or multiple channel, depending on desired number of simultaneous experiments |
| Ferrous chloride tetrahydrate | Fisher | I90500 | Ferrous Chloride Tetrahydrate (Crystalline/Certified) |
| Ferric chloride hexahydrate | Fisher | I88-100 | Ferric Chloride Hexahydrate (Lumps/Certified ACS) |
| Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | S5881 | reagent grade, ≥98%, pellets (anhydrous) |
| Sodium sulfide nonahydrate | Fisher | S425212 | Sodium Sulfide Nonahydrate (Crystalline/Certified ACS). Store at -20 °C. Only open in a glove box or fume hood. Releases toxic H2S gas; all sulfide-containing solutions must be kept in a glove box or fume hood. |
| Potassium pyrophosphate | Sigma-Aldrich | 322431 | 97% |
| L-Alanine | Sigma-Aldrich | A7627 | |
| Syringes (10 cc) | Fisher | 14-823-16E | BD™ Syringe with Luer-Lok Tips (Without Needle) |
| Syringe needles (16 gauge) | Fisher | 14-826-18B | BD™ General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles, 16 G x 1.5 in. (38 mm) |
| Tubing | Cole Parmer | EW-06407-71 | Tygon Lab Tubing, Non-DEHP, 1/16" ID x 1/8" OD |
| Aluminum seals | Fisher | 0337523C | Thermo Scientific™ National™ Headspace 20 mm Crimp Seals |
| Gray butyl stoppers | Fisher | 0337522AA | Thermo Scientific™ National™ 20 mm Septa for Headspace Vials |
| Serum bottles | Sigma-Aldrich | 33110-U | Vials, crimp top, serum bottle, size 100 ml, clear glass, O.D. × H 51.7 mm × 94.5 mm. For these experiments, the bottom of the serum bottle should be cut off. |
| Pipette tips | VWR | 53511-682 | pipette tips 0.5-10 μl |
| Wire | McMaster-Carr | 8073K661 | Solid Single-Conductor Wire, UL 1007/1569, 20 AWG, 300 VAC |
References
- Leduc, S. The Mechanism of Life. , Rebman. London. (1911).
- Coatman, R. D., Thomas, N. L., Double, D. D. Studies of the growth of ‘‘silicate gardens’’ and related phenomena. J. Mater. Sci. 15, 2017-2026 (1980).
- Barge, L. M., et al. From Chemical Gardens to Chemobrionics. Chem. Rev. 115 (16), 8652-8703 (2015).
- Russell, M. J., Hall, A. J. The onset and early evolution of life. GSA Memoir. 198, 1-32 (2006).
- Russell, M. J., et al. The Drive to Life on Rocky and Icy Worlds. Astrobiology. 14 (4), 308-343 (2014).
- Macleod, G., Mckeown, C., Hall, A. J., Russell, M. J. Hydrothermal and oceanic pH conditions at 4Ga relevant to the origin of life. Origins Life Evol. B. 24, 19-41 (1994).
- Mielke, R. E., et al. Fabrication and Test of a Hydrothermal Reactor for Origin‐Of‐Life Experiments. Astrobiology. 10, 799-810 (2010).
- Russell, M. J., Hall, A. J. The emergence of life from iron monosulphide bubbles at a submarine hydrothermal redox and pH front. J. Geol. Soc. Lond. 154, 377-402 (1997).
- Vance, S., Harnmeijer, J., Kimura, J., Hussmann, H., Demartin, B., Brown, J. M. Hydrothermal systems in small ocean planets. Astrobiology. 7, 987-1005 (2007).
- Ehlmann, B. L., Mustard, J. F., Murchie, S. L. Geologic setting of serpentine deposits on Mars. Geophys. Res. Lett. 37, L06201 (2010).
- Hsu, H. -W., et al. Ongoing hydrothermal activities within Enceladus. Nature. 519, 207-210 (2015).
- Cartwright, J. H. E., García-Ruiz, J. M., Novella, M. L., Otálora, F. Formation of Chemical Gardens. J. Colloid Interf. Sci. 256, 351-359 (2002).
- Barge, L. M., et al. Characterization of Iron-Phosphate-Silicate Chemical Garden Structures. Langmuir. 28, 3714-3721 (2012).
- Glaab, F., Kellermeier, M., Kunz, W., Morallon, E., García-Ruiz, J. M. Formation and Evolution of Chemical Gradients and Potential Differences Across Self-Assembling Inorganic Membranes. Angew. Chem. Int. Edit. 124, 4393-4397 (2012).
- Pagano, J. J., Thouvenel-Romans, S. T., Steinbock, O. Compositional analysis of copper–silica precipitation tubes. Phys. Chem. Chem. Phys. 9, 110-116 (2006).
- Parmar, K., et al. Characterization of cobalt precipitation tube synthesized through “silica garden” route. Mater. Charact. 60, 863-868 (2009).
- Parmar, K., Pramanik, A. K., Bandyopadhya, N. R., Bhattacharjee, S. Synthesis and characterization of Fe(III)-silicate precipitation tubes. Mater. Res. Bull. 45, 1283-1287 (2010).
- Cartwright, J. H. E., Escribano, B., Sainz-Díaz, I. Chemical-Garden Formation, Morphology, and Composition. I. Effect of the Nature of the Cations. Langmuir. 27, 3286-3293 (2011).
- Stone, D. A., Goldstein, R. E. Tubular precipitation and redox gradients on a bubbling template. P. Natl. Acad. Sci. USA. 101 (32), 11537-11541 (2004).
- Makki, R., Ji, X., Mattoussi, H., Steinbock, O. Self-Organized Tubular Structures as Platforms for Quantum Dots. J. Am. Chem. Soc. 136, 6463-6469 (2014).
- Long, D. -L., Tsunashima, R., Cronin, L. Polyoxometalates: Building Blocks for Functional Nanoscale Systems. Angew. Chem. Int. Edit. 49, 1736-1758 (2010).
- Mielke, R. E., et al. Iron-Sulfide-Bearing Chimneys as Potential Catalytic Energy Traps at Life’s Emergence. Astrobiology. 11, 933-950 (2011).
- Roszol, L., Steinbock, O. Controlling the Wall Thickness and Composition of Hollow Precipitation Tubes. Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 20100 (2011).
- Ludwig, K. A., Kelley, D. S., Butterfield, D. A., Nelson, B. K., Früh-Green, G. Formation and evolution of carbonate chimneys at the Lost City Hydrothermal Field. Geochim. Cosmochim. Ac. 70, 3625-3645 (2006).
- Russell, M. J., Hall, A. J., Turner, D. In vitro growth of iron sulphide chimneys: possible culture chambers for origin-of-life experiments. Terra Nova. 1, 238-241 (1989).
- Russell, M. J., Daniel, R. M., Hall, A. J., Sherringham, J. A. A hydrothermally precipitated catalytic iron sulphide membrane as a first step toward life. J. Mol. Evol. 39 (3), 231-243 (1994).
- Barge, L. M., et al. Pyrophosphate Synthesis in Iron Mineral Films and Membranes Simulating Prebiotic Submarine Hydrothermal Systems. Geochim. Cosmochim. Ac. 128, 1-12 (2014).
- McGlynn, S. E., Kanik, I., Russell, M. J. Peptide and RNA contributions to iron-sulphur chemical gardens as life's first inorganic compartments, catalysts, capacitors and condensors. Philos. T. R. Soc. S-A. 370, 3007-3022 (2012).
- Cartwright, J. H. E., Escribano, B., Sainz-Díaz, C. I., Stocieck, L. S. Chemical-Garden Formation, Morphology, and Composition. II. Chemical Gardens in Microgravity. Langmuir. 27, 3294-3300 (2011).
- Thouvenel-Romans, S., Steinbock, O. Oscillatory Growth of Silica Tubes in Chemical Gardens. J. Am. Chem. Soc. 125, 4338-4341 (2003).
- Batista, B. C., Cruz, P., Steinbock, O. From Hydrodynamic Plumes to Chemical Gardens: The Concentration-Dependent Onset of Tube Formation. Langmuir. 30, 9123-9129 (2014).
- Herschy, B., et al. An origin-of-life reactor to simulate alkaline hydrothermal vents. J. Mol. Evol. 79, 213-227 (2014).
- Yamaguchi, A., Yamamoto, M., Takai, K., Ishii, T., Hashimoto, K., Nakamura, R. Electrochemical CO2 Reduction by Ni-containing Iron Sulfides: How Is CO2 Electrochemically Reduced at Bisulfide-Bearing Deep-sea Hydrothermal Precipitates? Electrochim. Acta. 141, 311-318 (2014).
- Hansen, H. C. B., Guldberg, S., Erbs, M., Koch, C. B. Kinetics of nitrate reduction by green rusts—effects of interlayer anion and Fe (II): Fe (III) ratio. Appl. Clay Sci. 18 (1), 81-91 (2001).
- Trolard, F., Bourrié, G. Fougerite a natural layered double hydroxide in gley soil: habitus, structure, and some properties. Clay Minerals in Nature - Their Characterization, Modification and Application. , InTech. (2012).
- van Oss, C. J. Specifically Impermeable Precipitate Membranes. Surface and Colloid Science. , Springer. US. 115-144 (1984).
- Baaske, P., et al. Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems. P. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 9346-9351 (2007).
