Summary
אנחנו מדומים מערכת גאות הימית ferruginous Precambrian בטור זרימה דרך אנכי בקנה מידה במעבדה. המטרה היתה להבין כיצד פרופילים גיאוכימיים של O 2 ו- Fe (II) להתפתח כפי כחוליות תוצרת O 2. התוצאות מראות על הקמת chemocline בשל Fe (II) חמצון ידי מיוצר photosynthetically O 2.
Abstract
רעיון קונבנציונלי להפקדה של כמה תצורות ברזל Banded Precambrian (BIF) ממשיך בהנחת ברזל שחור [Fe (II)] גא ממקורות הידרותרמיות באוקיינוס Precambrian היה חמצון על ידי חמצן מולקולרי [O 2] המיוצר על ידי כחוליות. BIFs הבכור, שהופקדו לפני האירוע חמצון הגדול (Goe) בסביבות 2.4 מיליארד שנים (Gy) לפני, יכלו להיווצר על ידי חמצון ישירה של Fe (II) על ידי anoxygenic photoferrotrophs בתנאים anoxic. כשיטה לבדיקת דפוסי גיאוכימיים מינרלוגיות המתפתחים בתרחישים ביולוגיים שונים, עצבנו טור זרימה דרך אנכי ארוך 40 סנטימטר כדי לדמות Fe anoxic (II) -rich נציג מערכת גאות הימית של אוקיינוס קדום בסולם מעבדה . הגליל היה ארוז עם מטריקס חרוז זכוכית נקבובי כדי לייצב את הדרגתיים גיאוכימיים, דגימות נוזל כימות ברזל יכול להילקח ברחבי עמודת המים. החמצן המומס היההלא פולשני לאתר באמצעות optodes מבחוץ. תוצאות מניסויים ביוטיים כי מעורב ונתיבים גאים של Fe (II) מלמטה, שיפוע אור ברור מלמעלה, ובהווה כחוליות בעמודת המים, עדות ברורה תכנית להקמת Fe (III) משקע מינרליים ופיתוח של chemocline בין Fe (II) ו- O 2. עמודה זו מאפשרת לנו לבחון את השערות להיווצרות של BIFs ידי culturing כחוליות (ובסופו של photoferrotrophs בעתיד) בתנאי Precambrian ימיים מדומים. יתר על כן אנו משערים כי מושג הטור שלנו מאפשר הסימולציה של סביבות כימיות ופיסיקליות שונות - כולל משקעים ימיים או אֲגַמִי רדודים.
Introduction
Precambrian (4.6 כדי 0,541 Gy לפני) האווירה חוו הצטברות הדרגתית של חמצן photosynthetically מיוצר (O 2), אולי מלווה שינויים צעד לעבר "אירוע חמצון הגדול" כביכול (Goe) בכ 2.4 Gy לפני, ו שוב נאופרוטרוזואיקון (לפני 1 כדי 0,541 Gy) כמו O אטמוספרי 2 ניגש 1 רמות מודרניות. כחוליות הם השרידים האבולוציונית של אורגניזמים הראשון המסוגל חמצנית הפוטוסינתזה 2. מחקרים ראיות ודגימת גיאוכימיות לתמוך תפקיד בסביבות החוף רדוד מחסה קהילות פעילות של כחוליות או אורגניזמים המסוגלים פוטוסינתזה חמצנית או phototrophs חמצנית, יצירת נאות מדבר חמצן המקומית באוקיינוס השטח מתחת אווירה anoxic בעיקר 3-5.
בתצהיר של תצורות ברזל טריטון (BIFs) ממי ים ברחבי נקודות Precambrian לברזל (II) (Fe (II)) כמו ג גיאוכימיים גדולonstituent של מי ים, ולו ברמה מקומית, במהלך בתצהיר שלהם. חלק BIFs הגדול הם פיקדונות מים עמוקים, ויצר ממדף המדרון קונטיננטלית. כמות Fe שהופקדה אינה עולה בקנה אחד מבחינת מאזן מסה עם קונטיננטלית בעיקר (כלומר, בליה) מקור. לכן, חלק גדול מן Fe בוודאי שסופקו שינוי הידרותרמיות של קרקעית הים mafic או ultramafic קרום 6. אומדני השיעור של Fe שהופקדו סירה של בסביבות החוף עולה בקנה אחד עם Fe (II) שסופק אוקיינוס השטח באמצעות גאות 7. על מנת Fe להיות מועברת בזרמי גאות, חייבים להיות נוכח הצורה המצומצמת, ניידת - כמו Fe (II). מדינת החמצון הממוצעת של Fe נשמרה BIF היא 2.4 8 וזה מקובל לחשוב BIF לשמר Fe שהופקד החל Fe (III), נוצר כאשר גאות Fe (II) היה מחומצן, ככל הנראה על ידי חמצן. לכן, היכרות עם פוטנציאל Fe (II) מנגנוני חמצון לאורך המדרון environments חשוב להבין איך BIF נוצר. יתר על כן, אפיון גיאוכימיים מעודן של משקעים ימיים זיהה כי תנאי ferruginous, שבו Fe (II) נכח עמודת מי anoxic תפסו חלק מתמשך של האוקיינוסים ברחבי Precambrian, וייתכן שלא היה מוגבלים רק על הזמן והמקום שם BIF הופקד 9. לכן, לפחות שני מיליארדים שנים של ההיסטוריה של כדור הארץ, ממשקי חיזור בין Fe (II) ו- O 2 באוקיינוסים הרדודים היו דבר שבשגרה סבירה.
מחקרים רבים לנצל אתרים מודרניים שהנם אנלוגים כימיים ו / או ביולוגיים של תכונות שונות של אוקיינוס Precambrian. דוגמא טובה לכך הן אגמי ferruginous שבו Fe (II) הוא יציב ובהווה במי משטח שטוף שמש תוך פעילות פוטוסינתזה (לרבות על ידי כחוליות) זוהה 10-13. תוצאות מחקרים אלה מספקים תובנה מאפיינים גיאוכימיים מיקרוביאלי של oxic כדי anoxic / ferchemocline ruginous. עם זאת באתרים אלה הנם מרובדת בדרך כלל פיסיים עם אנכים קצת ערבוב 14, ולא הממשקים הכימיים המתרחשים במערכת גאות, והם חשבו לתמוך בייצור החמצן ביותר Precambrian זמן 4.
אנלוג טבעי כדי לחקור את הפיתוח של נווה מדבר חמצן ימי מתחת אווירת anoxic, ותמורת Fe (II) מערכת גאות -rich בטור מים עיליים שטוף שמש אינו זמינה על כדור הארץ המודרנית. לכן, מערכת במעבדה שיכול לדמות אזור הגאות ferruginous וגם לתמוך בצמיחה של כחוליות ו photoferrotrophs נדרשת. ההבנה וההזדהות של תהליכים מיקרוביאליים האינטראקציה שלהם עם בתווך מימי גאות המייצג ים Precambrian מקדם את ההבנה יכול להשלים את המידע שנצבר מהרשומה רוק כדי להבין את התהליכים biogeochemical ייחודי מלא על פני כדור הארץ הקדום. לצורך מטרה זו, טור מעבדה בקנה מידה נועד שבו Fe (II) -rich בינוני הים (pH הניטראלי) נשאב לתוך החלק התחתון של הטור, ו נשאב החוצה מהחלק העליון. תאורה סופק בראש כדי ליצור "אזור photic" 4 ס"מ רוחב שתמכו בצמיחת של כחוליות ב -3 ס"מ העליון. סביבות טבעיות הן מרובדת והתייצב בדרך כלל על ידי מילויים physicochemical, כמו מליחות או טמפרטורה. על מנת לייצב את עמוד מים על בקנה מידת מעבדה, צילינדר הטור ארוז עם מטריקס חרוז זכוכית נקבובי שעזר לשמור על הקמת תבניות גיאוכימיים שהתפתחו במהלך הניסוי. זרם גז רציף N 2 / CO 2 יושם כדי לשטוף האמיץ של הטור על מנת לשמור על אווירת anoxic רעיונית של אוקיינוס לפני Goe 15. לאחר זרימה מתמדת של Fe (II) הוקמה, כחוליות היו מחוסנות לאורך הטור, ו growt שלהםח היה פיקוח על ידי ספירת תאים על דגימות הוסרו דרך נמלי דגימה. חמצן היה פיקוח באתרו על ידי הצבת רדידי optode רגיש חמצן על הקיר הפנימי של הטור גליל המדידות נעשו עם סיב אופטי מבחוץ הטור. התפצלות המימייה Fe הייתה לכמת ידי דגימות הסרה מנמלי דגימה אופקיות נפתר עומק ונותחה עם שיטת Ferrozine. הניסויים השליטים אביוטי והתוצאות להפגין הוכחה של קונספט - כי אנלוגי בקנה מידה מעבדתי של עמודת מים העתיקה, שמרו בבידוד מהאטמוספרה, הוא בר השגה. כחוליות גדלות ויוצר חמצן, והתגובות בין Fe (II) והחמצן היו פתירות. בזאת, מתודולוגיה עיצוב, הכנה, הרכבה, ביצוע, ודגימה של טור כזה מוצגת, יחד עם תוצאות ריצת 84 שעות של הטור בעוד מחוסן עם sp Synechococcus cyanobacterium הימי. PCC 7002.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנת Culturing בינוני
הערה: מידע על ציוד, כימיקלים וציוד דרושים לשם ההכנה של מדיום התרבות מפורט בטבלה 1 נטוי קודי alphanumerical בסוגריים מתייחסים לציוד המפורט בלוח 2 שמוצג באיור 1..
- הכן 5 ליטר של ימית Phototroph (MP) בינוני (המכונה להלן כמו "מדיום") בעקבות פרוטוקול של וו et al. 16. התאם את ה- pH ל -6.8 באמצעות 1 anoxic וסטרילי M HCl או 0.5 M Naco 3. כמקור Fe (II), להוסיף 3.5 מיליליטר של anoxic M 1 וסטרילי FeCl 2 -solution להשיג פה סופי (II) בריכוז של 500 מיקרומטר לאחר סינון הפתרון הבינוני לשלב הבא.
- אחסן את הפתרון הבינוני ב 5 מעלות צלזיוס למשך 48 שעות על מנת לזרז Fe (II) מינרלים קרבונט ופוספט. Fe (II) בנוסף ו Fe תוצאות משקעים מינרליים בבית pH שינוי, ולכן מחדש את pH חזרה ל -6.8. מסנן המדיום בבית anoxic (100% N 2) שבתא הכפפות באמצעות יחידת מסנן 0.22 מיקרומטר. לוותר המדיום מסונן לתוך בקבוק זכוכית סטרילית 5 L (E.'1) בתוך הכפפות, וכובע עם פקק גומי בוטיל סטרילי.
- שטוף את האמיץ של הבקבוק הבינוני עם N 2 / CO 2 (V / V, 90/10) על ידי החדרת מחט חד פעמי אחד מחובר לקו הגז לתוך הפקק, ומחט שני שפועל אוורור. הקפד לשנות את העוצמת האמיצה 10 פעמים. לדוגמא, עם זרימת גז קבועה של 10 מיליליטר / sec, לשטוף את הנפח האמיץ של 50 מ"ל לפחות 50 שניות (השווה Hungate & מייסי 17).
- מכסה את הבקבוק הבינוני (E) כי עכשיו הוא מוכן להשתמש בנייר כסף ולאחסן אלומיניום ב RT בתנאים כהים למנוע photooxidation של Fe (II). אפשר 3 ימים להכנה בינונית.
2. הכנת התרבות
"> הערה:.. התרבות של sp Synechococcus PCC 7002 המשמש בניסוי טור מתואר הסוג כחוליות photoheterotrophic ימיים unicellular 18 זה סופק על ידי ד"ר מ Eisenhut (המכון לביוכימיה הצמח, אוניברסיטת דיסלדורף, גרמניה) . לצורך המחקר הנוכחי תרבות המניות הייתה גדל על מדיום anoxic MP ללא Fe נוסף (II).- הכן 100 מ"ל בינוני MP בעקבות פרוטוקול של וו et al. 16 אבל כלוריד Ferric תחליף עם 1 מ"ל / L ציטרט אמוניום וברזל ב -6 מ"ג / מ"ל.
- בתנאים anoxic (שבתא הכפפות, 100% N 2), לוותר על המדיום לתוך בקבוק סרום סטרילי אחד 120 מ"ל, כובע עם פקק גומי בוטיל סטרילית crimp עם מכסה אלומיניום. שינוי אמיץ כדי N 2 / CO 2 (V / V, 90/10) (השוו Hungate & מייסי 17) לחסן עם 5% של התרבות המניות. בהמשך לאחסן את תרבות חממת אור של 25 מעלות צלזיוס ו 600 Lux מתוך חבית גדולהgsten נורה.
- מאז Synechococcus sp. PCC 7002 הוא רגיש לאור, בעקבות העברה, לכסות את בקבוק הסרום עם מגבת נייר דקה עבור 24 השעות הראשונות בתוך האינקובטור האור. אפשר התרבות לגדול במשך 6-8 ימים. פוטוסינתזת פעילות תגרום החמצון של Fe (II) Fe (II) לא יהיה סטטי עבור הזמנים של צמיחה הסלולר, ולכן ולהעביר את התרבות לאחר 7 ימים כדי לשמור Fe (II) בטווח הבינוני התאים מותאמים Fe (II).
- לפקח על צפיפות תאים על ידי לקיחת דגימות עבור מדידות צפיפות אופטית (OD): צפיפות התאים (תאים / מיליליטר) של התרבות ניתן לקבוע באמצעות הספיגה של מדגם השעית תא-ספקטרומטר צילום באורך גל של 750 19 ננומטר. קשר לינארי בין OD 750 וספירת תאים מיקרוסקופית ישירה של תרבות בשלב יומן יקבע את צפיפות התאים המוחלטת 20.
- ברגע צפיפות התאים של 10 8 תאים / מ"ל הוא הגיע,לעטוף את בקבוק הסרום עם רדיד אלומיניום על מנת להפסיק את ייצור חמצן על ידי פוטוסינתזה.
- הסר את O 2 ההשעיה התא באמצעות מסנן מזרק סטרילי 0.22 מיקרומטר מצורף מחט חד פעמי ארוך (100 מ"מ) מוכנס לתוך במדיום נוזלי. שטוף את אמיץ ומזרימים בועות תרבות עם N 2 / CO 2 למשך 5 דקות (השוו Hungate & מייסי 17). שמור על מדגם בחושך עד חיסון לתוך הטור.
3. הכנת פריטים חלקים נפרדים עבור ניסיוני Set-up
הערה: המידע על הציוד הדרוש עבור הניסוי הגדרת כמויות ומפרטים מפורטים בטבלה 2. חלקים של הפריטים אשר ישמשו עבור ניסוי ההגדרה ערוכים מראש מסומן בנפרד באות גדולה אחת (AG), המפורטים בטבלה 2 וגם הוצגו תקריבים באיור 1 כן. קודי alphanumerical נטויים בסוגריים בפרוטוקול מתייחסים לציוד המפורט בלוח 2 מוצגים באיור 1.
- על מנת להכין את יציאות דגימה (ד) עבור העמודה, לסגור את הנמלים עם פקקי גומי בוטיל הדוקים (א .3). הכנס אחד מחט נירוסטה (ד ') לתוך פקק גומי בוטיל. ודא כי קצה המחט נמצא במרכז של הטור.
- חבר את המחט אל צינור גומי (D.2) ולאטום את החיבור באמצעות צינור כיווץ בחום (d.3). חבר את הקצה השני של הצינור למחבר צינור נעילת Luer קטן ( 'D.5), לאטום את החיבור עם צינור כיווץ בחום (d.3) ומכסה את מחבר הצינור עם מכסה פלסטיק מתאים (d.6) .
הערה: בהתאם למספר הרצוי של יציאות דגימה יש צורך לספק נמל ראשי, עם יציאות דגימה שונות - therefoמחדש להכניס את המחטים נירוסטה (ד .1) בזווית אלכסונית לתוך פקק גומי בוטיל.
- חבר את המחט אל צינור גומי (D.2) ולאטום את החיבור באמצעות צינור כיווץ בחום (d.3). חבר את הקצה השני של הצינור למחבר צינור נעילת Luer קטן ( 'D.5), לאטום את החיבור עם צינור כיווץ בחום (d.3) ומכסה את מחבר הצינור עם מכסה פלסטיק מתאים (d.6) .
- על מנת לחבר את הבקבוקים הבינוניים פריקים לעמודה, לשנות פקקי גומי בוטיל ביצוע השלבים הבאים:
- הכנס שתי נימי נירוסטה (E.3; E.4) לתוך פקק גומי בוטיל (E.2). חבר את צינורות גומי המתאים (E.6) נימים אלה ואת החותם את הקשר עם צינורות הצטמקות חום (E.5).
- הוספת מחבר צינור (E.7) אל הקצה השני של הצינור של נימי יותר (E.3) וגם לתקן במחבר זה עם צינור כיווץ בחום (E.5).
- חבר מחט נירוסטה (E.11) אל הקצה החופשי של צינור האחר המחוברים נימים הקצרים (E.4), לאטום את החיבורים עם צינורות כיווץ בחום (E.5), והכנס את הקצה השני של מחט נירוסטה לתוך פקק גומי בוטיל קטן (E.10). הכנס שתי נימי נירוסטה (ז'3) לתוך פקק גומי בוטיל גדול (G.2) ולצרף את צינורות הגומי המתאימים (G.4; G.5). חבר את הקצה החופשי של צינור גומי הקצר (G.4) כדי נימי בקבוק פריקות בינוני (W2). לצייד את הקצה החופשי של הצינור הארוך יותר (G.5) עם מחבר צינורית קטן (G.6). חזור על שלבים אלה כדי להכין עוד פקק גומי בוטיל עבור בקבוק פריק שני.
- הכן את הפקק עבור בלוח ההפצה הבינוני (F) על ידי החדרת שתי מחטי נירוסטה (F.3) לתוך פקק גומי בוטיל (F.2) כדי לייצר קווי אספקה שני בתקשורת עבור העמודה. צרף צינור גומי (ו .4) לכל אחד מחטים ולהתחבר נימי בקבוק אחד בינוני (ג 1) לאחד צינורות גומי, בהתאמה.
- על מנת להכין את הבלוטות עבור קו האספקה הבינונית (B), לחבר אחד בינוניאספקת נימים (C2) למחבר צינור קטן (ב .3) עם צינור גומי (B.4). חזור על שלב זה עבור אחר בלוטת אספקה בינונית.
- השתמש נימי הפריקה הבינוניות הארוך יותר (W1) במקום להכין בלוטות עבור הקו הפריק הבינוני ובצע את השלבים הקודמים (השווה (B) באיור 1).
הערה: זה מועיל לתייג כניסה ויציאה עם צבעים שונים של קלטת לסייע הרכבה נכונה.
- השתמש נימי הפריקה הבינוניות הארוך יותר (W1) במקום להכין בלוטות עבור הקו הפריק הבינוני ובצע את השלבים הקודמים (השווה (B) באיור 1).
- הרכב את החלקים עבור לוח חילוף גזים האמיצים (C) על ידי החדרת שני Luer הארוך לנעול מחטי נירוסטה (ג .2) לתוך צינור גומי (ג 1) ולוודא כי קצות המחטים להגיע 4 סנטימטר מחוץ אחר קצה הצינורית. מלאו את הצינור עם פולימרים דבק (C.8) ולתת יבש הרכבה במשך שעה לפחות 6.
- רופף למלא שני מזרקים זכוכית מנעול Luer (C.3) עם כותנה (ג .4).
- בנפרד להכין שתי בוטיל לשפשףבער פקקים (ג .5), אחד עם מחט נירוסטה המוכנסת (ג .6) והשני עם מחט נירוסטה (C.7). אל תחברו את מזרקי הזכוכית, עדיין.
- הכן מזרק זכוכית (E.8) מלא כותנה (E.9) לשימוש מאוחר יותר עולה בקנה אחד עם חבילת בקבוק וגז בינוני (GP).
- להרכיב את הציוד עבור חפיסת גז 10 L (GP) על ידי חיבור צינור גומי (gp.1) על השסתום של חבילת הגז. הכנס מחבר צינור (gp.2) לתוך הקצה החופשי של צינור גומי. חזור על הליך זה עבור חפיסת גז 10 L שנייה.
עיקור 4. של הטור ואת הציוד
הערה: בהתאם את תכונות החומר, הציוד לעקר על ידי אחד משלושת השיטות הבאות:
- לעקר ציוד זכוכית ידי בתנור יבש (180 מעלות צלזיוס במשך 4.25 שעות):
- לעקר את הציוד להכנה בינוני (ראה
- לעקר את הציוד עבור העמודה להגדיר בשלב שני. עוטף את מזרקי הזכוכית (C.3; E.8; F.1 - מוכן בסעיף 3) ברדיד אלומיניום לוודא כי פקקי הגומי בוטיל המקבילים יוסרו.
- מניחים את חרוזי זכוכית (א .2) בכוס זכוכית לכסות את החלק העליון עם רדיד אלומיניום. כמו כן לכסות את צלחת זכוכית השקופה (א .4), 4 x מחברי צינור גדולים (ב .2) ואת מחבר 3 כיוונים (G.7) ברדיד אלומיניום בתנור לעקר הכל.
- לעקר את הציוד להכנה בינוני (ראה
- לעקר פלסטיק ונוזלי autoclavable ידי חיטוי (120 ° C, 10 בר, 20 דק '):
- בשלב הראשון, sterilize בקבוק Widdel עם המדיום, פתרון -buffer NaHCO 3 ו פקקי גומי 2 בוטיל עבור בקבוק זכוכית 5 L.
הערה: פקקים גומי בוטיל ערוכים לראשונה על ידי הרתחה במים ultrapure 3 פעמים ולאחר מכן autoclaved בכוס זכוכית עם קצת מים, מכוסה בנייר אלומיניום. הפקקים הרטובים קלים יותר להכניס בקבוקי זכוכית. - במקום שני בשלב לעקר את הציוד עבור העמודה הניסיונית להגדיר. על מנת להכין את העמודה עבור עיקור ב החיטוי, לעטוף את הפתח העליון, פתחי אספקת מדיה, פתחי פריקת תקשורת, ואת האמיץ לפרוק ברדיד אלומיניום לפני המעוקר.
- מכסים את יציאות הדגימה (D.'5) עם כובעי פלסטיק המתאים (D.'6) ולוודא להסיר את מלחציים (d.4) לפני מעוקר.
- עוטף את פקקי הגומי בוטיל ו הנימים המתאימים עבור הבקבוקים הבינוניים הפריקים (E.2; G.2 x 2 - הכנתיסעיף n 3), הפקקים הקטנים עבור מזרקי הזכוכית (2 x ג .5; E.'10 '; F.'2 - מוכן בסעיף 3) ואת הנימים מחוברות בלוטות ההיצע פריקים הבינוניות (s2; W1 - מוכן בסעיף 3.4) לתוך רדיד אלומיניום לעקר את כל הציוד ב החיטוי.
- לאחר העיקור, לייבש את העמודה מעוקר וציוד בתנור ב 60 מעלות צלזיוס למשך 4 אחר hr.
- בשלב הראשון, sterilize בקבוק Widdel עם המדיום, פתרון -buffer NaHCO 3 ו פקקי גומי 2 בוטיל עבור בקבוק זכוכית 5 L.
- מאז צינורות המשאבה (pt) אינו autoclavable, לעקר אותם פתרון אתנול (EtOH) (80% EtOH, 20% מים). למלא כוס מתאימה עם פתרון EtOH ומקום בצינור המשאבה בה, על מנת להבטיח כי הצינור הוא מלא לחלוטין עם פתרון EtOH. מוציא לאחר 3 שעות ו לעטוף ישירות לתוך רדיד אלומיניום מראש מעוקרים (תנור המעוקר) ולתת להתייבש ב RT עבור שעה 2.
עצרת 5. הטור ואת הציוד
- מניח את הטור (א) על משטח שטוח ולייצב עם עמדת מעבדת מלחציים. הקפד לעבוד בתנאים סטריליים (למשל, בתוך 40 ס"מ של מבער בונזן או מתחת למכסה המנוע למינרית זרימה). מוציא בזהירות את רדיד האלומיניום מן הפתח עליון ולמלא בכוס-החרוזים המעוקרים (א .2).
- הכן את זכוכית השעון (א .4) על מנת בשר ומהדק בעמודה על ידי יישום דבק הפולימרים (A.5) אל פני השטח הפנימיים באזור שבו זה יהיה במגע עם הטור. לחץ קל את כוס השעון במקום בחלק העליון של העמוד כדי להדביק את שני החלקים יחד בחוזקה. אפשר לפחות 6 שעות עבור ההתקנה להתייבש.
הערה: אפשר למקם חוט גמיש סטרילי, דק שבין קצה הטור ואת זכוכית השעון, על מנת להסיר את זכוכית השעון בקלות לאחר הניסוי.
- הכן את זכוכית השעון (א .4) על מנת בשר ומהדק בעמודה על ידי יישום דבק הפולימרים (A.5) אל פני השטח הפנימיים באזור שבו זה יהיה במגע עם הטור. לחץ קל את כוס השעון במקום בחלק העליון של העמוד כדי להדביק את שני החלקים יחד בחוזקה. אפשר לפחות 6 שעות עבור ההתקנה להתייבש.
- תוך כדי עבודה בתנאים סטריליים לצרף את החלקים הבאים לעמודה:
- חבר את צינורות הגומי (ב'1) ומחברי הצינור המקבילים (ב .2) אל פתחי ההיצע פריקים הבינוניים (השווה (B) באיור 1).
- חבר את מחברי צינור של בלוטות (ב .3) לאספקת מדיה ולפרוק (מוכן בסעיף 3.4) אל המחברים המתאימים בעמודה (השווה (B) באיור 1).
- צרף בלוח חילוף גזים האמיצים (השווה (C) באיור 1 - מוכן בסעיף 3.5) כדי האמיץ לפרוק בעמודה ולחבר את מזרקי הזכוכית (C.3) אל מחטי נירוסטה המתאימות (ג .2) ולהוסיף פקקי הגומי בוטיל המתאימים (ג .6; C.7 - המוכנים בסעיף 3.5.2) לתוך מזרקי זכוכית מלאה כותנה (C.3).
- הכנס את פקקי גומי בוטיל עבור הבקבוקים הפריקים (2 x G.20; - מוכן בסעיף 3.2) לשני בקבוקי זכוכית סטרילית 3 L (: 1.G), ולחבר את מחברי צינור של בקבוקים (G.6) למחבר 3 כיווני (G.7).
- חבר את הקצה החופשי של נימי בינוני פריקות בלוטה (W1) אל הקצה החופשי של נימי בקבוק פריק (W2) עם צינורות משאבה (pt). חזור על הליך זה עבור נימי פריקת הבלוטה הבינוניות השני והבקבוק הפריק השני.
- חבר את הקצה החופשי של נימי בקבוק אחד בינוניות (S1) אל הקצה החופשי של נימי בינוני אספקת בלוטה (s2) עם צינורות המשאבה (pt). חזור על הליך זה עבור נימי הבקבוק הבינוניות השניות ואת נימי בלוטת אספקת הבינוני השניות.
- הרכב את לוח החלוקה הבינוני על ידי הוספת הפקק עם הנימים המתאימים (F.2 - מוכן בסעיף 3.3) לתוך מזרק הזכוכית של המדיוםלוח הפצה (F.1).
- חבר את לוח החלוקה הבינוני למחבר של פקק גומי בוטיל עבור הבקבוק הבינוני (E.7 - להשוות F באיור 1).
- חבר את קו N 2 / CO 2 גז ללוח חילוף גזים האמיץ אל Luer לנעול מחט נירוסטה (ראה מיקום (LLF) באיור 1), ולשטוף את התקנת הטור ומערכת נימים עם N 2 / CO 2 בלחץ נמוך (<10 mbar). לשמור על יצוא של גז בקצים הפתוחים של נימי הבקבוק הבינוניות (E.3), למחבר 3 הכיוונים (ג 7), ואת יציאות דגימה (D.5). לפיכך, הקפד לקבל את הכמוסות של יציאות הדגימה (d.6) פתוחות מעט, כדי לשמור על תנאים סטריליים באמצעות overpressure גז זורם החוצה.
- שטוף את ההתקנה המלאה לפחות 20 דקות.
הערה: בנוסף, אפשר לסגור את outgassing מחט (ג .6) של לוח חילוף גזים האמיץ עם צינור גומי מתאים מלחציים כדי להגביר את היעילות של שטיפת ההתקנה המלאה.
- שטוף את ההתקנה המלאה לפחות 20 דקות.
- בינתיים, למלא שקית גז 10 L (GP) עם N 2 / CO 2 (V / V, 90/10), לאחר 10 סיבובים של מילוי deaerating (באמצעות משאבת ואקום) כל נפח כדי להבטיח את התיק לחלוטין anoxic . הקפד לסגור את השסתום של חבילת הגז לאחר המילוי הסופי. חזור על הליך זה עם חבילת גז שנייה אבל לסגור את הברז לאחר deaeration (כלומר, להשאיר אותו ריק).
הערה: חבילת הגז N 2 / CO 2 מילא תחובר אל הבקבוק הבינוני כדי לפצות את נפח אמיץ ההגדלה בשל אובדן בינוני על ידי שאיבה. חנקן 2 / CO 2 סמוק, אבל חבילת גז ריקה, תהיה מאוחר להיות מחובר הבקבוקים הפריקים על מנת לאפשר גז להימלט אמיץ עקב הגדלת נפח פריקה נוזלית. - הכנס tהוא בוטיל פקק גומי (E.10 - מוכן בסעיף 3.2.3) לתוך מזרק זכוכית סטרילית מלא כותנה (E.8 - מוכנה בסעיף 3.6).
- מניח את הבקבוק הבינוני המלא וסגר (E - מוכן בסעיף 1) על ספסל המעבדה ליד הפקק לבקבוק הבינוני (E.2), ולהכין לחבר את פקק הבקבוק הבינוני באמצעות ההליך הבא:
- סגור את זרימת גז N 2 / CO 2 לתוך הנימים (E.3) על ידי סגירת צינור גומי המקביל (חלק ה 5.) עם מהדק צינור.
- קל להרים את פקק הגומי בוטיל מהבקבוק הבינוני ולשטוף את האמיץ עם N 2/2 CO (50 mbar) בתליית מזרק -filled מעוקר, כותנה עם נטייה, מחט מתכת ארוכה (1 מ"מ x 140 מ"מ) לתוך הבקבוק הבקבוק הבינוני (השווה 17 Hungate & מייסי).
- שנה את מחט המתכת הארוכה של המזרק (ששמש בעבר להדחת האמיץ) כדי מחט חד פעמי (0.9 מ"מ x 45 מ"מ; נפוצה) ולהזריק לתוך הפקק כדי לשטוף את האמיץ של הבקבוק הבינוני עם N 2 / CO 2.
- ודא שיש יצוא קל של גז בסוף הפתוח של מזרק הגז (E.8 - התאסף בסעיף 5.10) מחובר הפקק של הבקבוק הבינוני. שטוף את האמיץ של הבקבוק הבינוני (E) ואת מזרק הזכוכית (E.8) דקות לפחות 4.
הערה: אם יש צורך, פתח אתמחט outgassing (ג .6) של לוח חילוף גזים האמיץ שוב כדי לשמור על יצוא גז בסוף הפתוח של המחט.
- לפתיחה מהירה של השסתום של חבילת הגז ולחץ קל על התיק כדי לשמור על תזרים שלילי של N 2 / CO 2 כדי לשטוף את הצינור המחבר של חבילת הגז.
- ברגע overpressure הוא שוחרר מהבקבוק בינוני, במהירות לחבר את המחבר של חבילת גז (gp.3) למחבר המקביל מזרק זכוכית (E.8).
- פתח את השסתום של חבילת הגז (GP)מחובר הבקבוקים הפריקים (G) על מנת לאפשר לאוויר להשתחרר לתוך חבילת הגז בעוד בקבוקי הפריק להתמלא בינוני יצוא.
הרכבת חיסון 6. של חיידקים לתוך הטור
הערה: ניסוי מלא אביוטי שלב זה הוא דלג.
- מאז תרבית התא תהיה מוזרק ישירות לתוך העמוד דרך פקקי גומי בוטיל נמלי הדגימה העיקריות לאורך הצד של הטור, הקפד הכין שישה מזרקים עם מחטים כי הם מספיק זמן כדי להגיע למרכז גוף הטור.
- לעקר את החלק החיצוני של פקקי גומי בוטיל משש יציאות הדגימה העיקריות בעמודה (א .3) עם פתרון EtOH (80%).
- יש בקבוק סרום עם התרבות חיסון מוכן (מוכן בסעיף 2) ו לעקר את פקק גומי בוטיל ידי בוערים מספר טיפות של תמיסת EtOH. שטוף את המזרק עם N 2 / CO סטרילי 2 לפני נטילת aliquot של תרבות. קח 1 מ"ל of פתרון תא anoxic ולהזריק אותו לתוך למרכז הטור דרך פקקי גומי בוטיל נמלי הדגימה העיקריות (א .3).
הערה: בהתאם התפתחות חיידקים, ייתכן שיהיה צורך להתאים את קצב השאיבה (או אפילו להפסיק שאיבה) בימים הראשונים של שלב-בפיגור צמיחת תאים ופיתוח למנוע התרבויות מלהיות דהוי.
7. דְגִימָה
הערה: כדי לאסוף דגימות ברחבי ההדרגתיים הכימי המתפתחים בתוך הטור, יש צורך להתחיל דגימה מנמלי הדגימה העליונות לפני היציאות העמוקות, כמו אובדן נפח מתרחש. הקפד לשמור על תנאים סטריליים (למשל, על ידי עבודה בתוך 40 ס"מ של מבער בונזן או מתחת למכסה המנוע למינרית זרימה).
- לאסוף את הדגימות הראשונות 24 שעות לאחר חיסון. שטוף את המזרק אשר ישמש עבור דגימה באות N סטרילי 2 / CO 2, כדי למנוע הזרקת חמצן לתוך saיציאות mpling (D). הקפד למלא את המזרק עם N 2 / CO 2 לפני הדגימה.
- להסיר במהירות את מכסה הפלסטיק (d.6) ולהכניס את המזרק הדגימה למחבר צינור (D.5). שמרו על פער קטן בין מזרק מחבר הצינור. שחרר את הגז מן המזרק ולשטוף את מחבר צינור עם N 2 / CO 2.
- בתוקף לחבר את המזרק למחבר הצינור. הסר את מהדק (d.4) ולהתחיל לקחת מדגם של כ -1 מ"ל.
- לאחר הציור המדגם לפני הסרת המזרק, חבר את המהדק (d.4). ואז להסיר את המזרק הדגימה ובתקיפות לסגור את מחבר צינור (D.5) עם מכסה פלסטיק המקביל (d.6).
- מייד לחזור על שלבי 7.1-7.3 עבור דגימה מכל נמל.
- אסוף את הסט הבא של דגימות כל 24 שעות.
הערה: לקבלת דוגמיות נוספות צעדי זמן שונים, יש צורך להסיר ואהיה קטןount של המדגם (למשל, 0.2-0.4 מ"ל) בתחילה לפני הוצאת המדגם ניתן לקחת, כדי להסיר התקשורת שיורית בתוך הצינור הדגימה להשיג מדגמים מייצגים מתוך הטור.
8. שיטות ניתוח
- חמצן כימות:
הערה: ריכוז החמצן בתוך מדיום הזרימה דרך האמיצה של הטור הוא לכמת הלא פולשני ולא הרסני באמצעות חיישני חמצן האופטיים וטלאי רדיד ניאון רגיש חמצן של 0.5 x 0.5 סנטימטר (שנקרא optodes), מודבק יחד קיר הזכוכית הפנימי של העמודה באמצעות דבק סיליקון (א .6). זה הובטח כי תיקוני הרדיד הרגישים החמצן אינם רגישים עבור מיני Fe על מנת להשיג קריאות אמינות.- הקפד לכייל את התוכנה עם פרמטרי הכיול המתאימים optodes המשמשים בעמודה. חיישני החמצן האופטיים מגיעים עם calibrat ספציפייון לשקיל באמצעות מד חמצן סיב אופטי המקביל שבשליטת PC.
- התחל את המדידה ולטפל להחזיק את הסיב אופטי הפולימר של מטר החמצן בזווית ישרה אל הרדיד הרגיש החמצן כי הוא מודבק בתוך קיר הזכוכית השקוף של הטור.
- חזור על המדידה עבור כל נקודת מדידה אחת O 2 לאורך כל הטור.
- Fe (II) וניתוח Fe הכולל של דגימות מימיות:
- מאז Fe (II) הוא מתחמצן במהירות על ידי החמצן באוויר ב- pH נייטרלי, לייצב את דגימות נוזל עבור מימית Fe (II) כימות מיד 1 פתרון M HCl. לקבלת נפח דגימה סופי של 1 מ"ל לערבב מדגם נוזלי 0.5 מ"ל עם 0.5 מ"ל 2 M HCl.
- לכמת סך Fe לאחר דוגרים aliquot של M 1 מדגם HCl מיוצב עם hydrochloride hydroxylamine (10% wt / v, ב 1 HCl M) למשך 30 דקות. מגיב פעולה זו מפחיתה את כל Fe (III) כדי Fe (II), אשר ניתן לכמת אז דרך assay Ferrozine
- בצע Assay Ferrozine באמצעות קורא צלחת מיקרו-כייל. מדוד את הספיגה באורך גל של 562 ננומטר. הקפד יש סטנדרטים בטווח עבור לזיהוי Fe (II) וריכוזי Fe הכולל.
הערה: אם ריכוזי Fe במדגם הנוזל יעלו כיולים רגילים, יש צורך לדלל את המדגם התייצב עם 1 M HCl.- חשב את הריכוז של Fe (III) על ידי ההבדל בין סך Fe ו Fe (II).
- בצע Assay Ferrozine באמצעות קורא צלחת מיקרו-כייל. מדוד את הספיגה באורך גל של 562 ננומטר. הקפד יש סטנדרטים בטווח עבור לזיהוי Fe (II) וריכוזי Fe הכולל.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ניסוי בקרה
ניסויי שליטת אביוטי (10 ימים) הפגינו ריכוזי חמצן נמוכים בעקביות (O 2 <0.15 מ"ג / L) ללא תנודות משמעותיות Fe (II) -profile ברחבי עמודת המים הגאים. ההיווצרות של משקעים (כנראה Fe (III) (oxyhydr-) תחמוצות) במאגר הבינוני ואת הירידה הקלה בריכוזיות Fe (II) הכוללת מ 500 מיקרומטר עד 440 מיקרומטר מעל 10 ימים עולים כמה דיפוזיה חמצן דרך קשרים עשויים גומי (למשל, E.6; gp.1 באיור 1) 22 לצורך ניסוי זה, ריכוזי החמצן הנמוכים ביותר שהיו סביר השגה היו ≤0.15 מ"ג / L והוא בטווח עבור כימות חמצן רגישות מעל גבול הגילוי של. 0.03 מ"ג / L. ערכי חמצן מתחת 0.15 מ"ג / L הם עבור remainder נייר זה המכונה "anoxic".
ניסוי ביוטי
פרמטרים גלויים, צמיחת תאים, ושינויים בעמודת המים
לפני חיסון ביום 0 אין משקעים נראו (איור 2 א). זה היה רמז לכך בעמודה היה כראוי ההתקנה וכי אין חמצן נכח (השווה איור 3), שעלולה להוביל חמצון של Fe (II) לבין היווצרות של Fe (III) משקעים. כתוצאה מכך, Fe (II) הריכוז היה קבוע לאורך עמודת המים הגאים כפי שהוא מופיע בפרופיל באיור 4 א. איור 2 מראים כי שיפוע האור הצטמצם עד כדי 6 הסנטימטר העליון בתוךעמודת המים באמצעות מטריצת חרוזי זכוכית בצילינדר העמודה.
הצבע הירוק בתוך 2.0 ס"מ העליון של hr 84 עמודת המים לאחר חיסון מציין את הצמיחה של כחוליות (איור 2 ב '). הלהקה הכתומה הבהירה הבולטת בעומק של -3 סנטימטרים (המסומן בחץ באיור 2 B) מתחת הלהקה הירוקה נובע Fe-משקע כי נוצרו במהלך Fe (II) חמצון על ידי חמצן מולקולרי, המיוצר על ידי כחוליות. משקעים דומים היו גם גלויים על פני שטח של עמודת המים. קצף כתום בהיר נוצר על hr 84 פני המים טור אחרי חיסון (איור 2 ב ') המציין את הייצור של O 2 על ידי כחוליות. משקעים על פני השטח של עמודת המים נוצר ככל הנראה בשל החמצן הוא Outgassing בביתמשטח. פה שיורי (II) היה מחומצן בסופו של דבר על פני השטח ויצרו משקעים על מטריצת חרוז זכוכית.
שיפוע חמצן
לפני חיסון ביום 0, הריכוז הראשוני O 2 במדיום נוזלי נקבע. איור 3 מראה בבירור כי ריכוז O 2 לאורך כל עמודת המים כולו היה עקבי מתחת הנוכחי ריכוז בניסוי שליטה. ה O מראש חיסון 2 -concentration מעולם ערכים גבוהים של 0.13 מ"ג / LO 2 (O 2 ממוצע = 0.099 ± 0.002 מ"ג / ליטר). זה מצביע על כך בטור היה anoxic לפני החיסון.
איור 3 ב 'מראה עלייה של ריכוז O 2 ב84 שעות לאחר חיסון עם כחוליות. זה, יחד עם ביומסה הירוק הגלוי (B איור 2) עולה בקנה אחד עם ייצור פוטוסינתטיים וההצטברות של O 2 בעמודה. ריכוז O 2 לאחר 84 שעות השיג ריכוז מרבי עבור O 2 = 29.87 מ"ג / L בתוך עומק -0.5 סנטימטרים מתחת לפני שטח עמודת מים. O 2 ערכים באיור 3 B עולה כי O 2 רמות היו תמיד מעל ריכוז הרקע 8.5 ס"מ העליון בתוך עמודת המים (O 2> 0.15 מ"ג / ליטר). ניכרת 2 ריכוזים גבוהים O (> 0.50 מ"ג / L) התגלו מ -0.5 ל -5.5 ס"מ עומק מתחת לפני השטח עמודת המים. ריכוזים נמוכים עבור O 2 ≤ 0.15 מ"ג / L בעומקים מתחת -10.5 ס"מ, יחד עם הערך הנמדד הנמוך ביותר עבור O 2 = 0.09 מ"ג / L בעומק של -20.5 ס"מ עולה כי thesבאזורי דואר היו anoxic.
Fe (II) שיפוע
איור 4 מראה כי Fe (II) ריכוז ביום 0, לפני חיסון עם כחוליות, היה קבוע לאורך עמודת המים עם ריכוז ממוצע של Fe (II) ממוצע = 282.6 ± 6.8 מיקרומטר. הריכוז במאגר הבינוני ביום 0 היה Fe (II) במאגר = 320.4 ± 11.6 מיקרומטר.
Hr 84 לאחר חיסון עם כחוליות הא"ז (II) ריכוז ירדה במידה ניכרת 9 ס"מ העליון בתוך עמודת המים. איור 4 ב 'מראה שיפוע Fe (II) מובהק, שבו ריכוזים של Fe (II) להקטין את המשטח העליון של עמודת המים. עם זאת, Fe (II) היה עדיין להבחין על פני השטח של עמודת המים. th דואר הנמוך ביותר Fe (II) ריכוז זוהה היה ישירות מתחת לפני השטח במדיום נוזלי בעומק של -0.9 ס"מ. Fe (II) ריכוזים גדל עם עומק מ Fe (II) = 9.9 ± 2.8 מיקרומטר ברמה של 0.9 ס"מ עד Fe (II) = 258.6 ± 3.1 מיקרומטר בעומק של -8.9 ס"מ, ויצרו ליניארי חיובי תלול Fe (II) שיפוע מעל עומק ([Fe (II) ד] = (d + 1.278) ∙ 0.031 -1; ד: עומק (ס"מ) ; R 2 = 0.9694) מוגבל 6.8 ס"מ העליון. תחומי במדיום נוזלי מתחת -9 ס"מ עומק נשארים קבועים ניכרת ולהראות אין ירידה משמעותית בריכוז שלהם עבור Fe (II) בהשוואה לערכים הראשוניים שלהם עבור Fe (II) ביום 0 (T-test, p> 0.05).
איור 1. ניסוי סכמטי להגדיר. קודים אלפאנומריים עבור פריטים מתייחסים לחלקים המפורטים בטבלה 2.יעד href = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/54251/54251fig1large.jpg" = "_ blank"> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2. שינויים גלויים במטריצת חרוז זכוכית ברחבי גליל הטור לפני 84 השעות לאחר חיסון עם כחוליות. ריבועים ורודים הם חיישני חמצן. (א) תקריב של 6 ס"מ העליון בעמודה הקים לפני חיסון. העמודה המלאה בנוזל מראה שיפוע אור הנראה. המטריצה חרוז זכוכית מצמצם את שיפוע האור הנראה על 6 ס"מ העליון. (ב) תקריב של hr 6 ס"מ 84 העליון לאחר חיסון. ירוק מציין ביומסה גלויה, צפופה בחלק העליון של העמוד שבו עוצמת אור היא גבוהה ביותר. נקודות החצים כדי להקה כתומה גלויה קלוש, אשר הביאה מהיווצרות Fe(III) משקעים בשל Fe (II) חמצון ידי מולקולרי O 2 המיוצר על ידי כחוליות. קצף כתום גלוי קלוש על גבי משטח עמודת המים עולה Fe (III) הוא גם מזרז שם. Outgassing O 2 דרך פני השטח גורם הקצפה של Fe (III) משקעים. (ג) סקירה של גליל עמודה מלאה. צמיחה גלויה של כחוליות מוגבלת 4 סנטימטר העליון בשל זמינות אור מוגבלת עם עומק. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3. פרופיל חמצן בתוך עמודת המים לפני 84 שעות לאחר חיסון עם כחוליות. ס"מ אפס עומק על ציר y מציין את המים coluמשטח mn. ערכים חיוביים לעומקים מעיינים האמיץ מעל הרמה הבינונית הנוזלית, בעוד ערכים שליליים מייצגים תהום בתוך עמודת המים. הערת סולם הלוגריתמים עבור O 2 ריכוזים על ציר ה- x. הקו האנכי המקווקו מציין את סף תנאי anoxic (O 2 ≤ 0.15 מ"ג / ליטר). (א) חמצן פרופיל [0h] לפני החיסון. ערכים עבור O 2 היו כל הזמן מתחת 0.13 מ"ג / L ברחבי עמודת המים. (ב) חמצן פרופיל 84 שעות לאחר חיסון. O 2 היה מעל 0.5 מ"ג / L 5.5 ס"מ העליון של עמודת המים. ריכוזי O 2 היו גבוהים יותר מאשר ריכוזי רקע (≥ 0.15 מ"ג / L, קו מקווקו) באזורים מעל עומק -8.5 סנטימטר. באזורים עמוקים יותר היו anoxic באות O 2 ≤ 0.15 מ"ג / L. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. 
איור 4. Fe (II) פרופיל בתוך עמודת המים לפני 84 שעות לאחר חיסון עם כחוליות הערה:. ברי שגיאת מייצגי משכפל טכני מוסק ממדידות בשלושה עותקים של דגימה אחת ב assay Ferrozine. (א) Fe (II) פרופיל [0h] לפני חיסון. ערכים עבור Fe (II) היו קבועים לאורך עמודת המים עם ערך ממוצע עבור Fe (II) ממוצע = 282.6 ± 6.8 מיקרומטר. וריאציות בתוצאת Fe (II) פרופיל ממדגם יחיד Fe (II) quantifications. Fe (II) כימות על triplicates המדגם תובלנה צפויות וריאציה פחות. (ב) Fe (II) פרופיל 84 שעות לאחר חיסון. נמוך במידה ניכרת Fe (II) ריכוזים של 6.8 ס"מ העליון בתוך עמודת המים. Fe (II) ערכים מתחת עומק -8.9 ס"מ להופיע במיקום גבוה יותר Fe(II) ריכוזים כי אינו שונה באופן מהותי מן Fe ראשוניים (II) ערכים לפני חיסון עם כחוליות (T-test; p <0.05). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
| צִיוּד | כַּמוּת | תיאור פריט | פרטים | ||
| מותג | צו מס ' | כתובת הפניה | |||
| 1 | בקבוק Widdel (5 L) | אוקס | 110,015 | labor-ochs.de | |
| 2 | בקבוקי זכוכית (5 L) | Rotilabo | Y682.1 | carlroth.com | |
| 3 | טפטפות זכוכית (5 מ"ל) | 51,714 | labor-ochs.de | ||
| 1 | 0.22 מיקרומטר יחידת מסנן Steritop (0.22 מיקרומטר polyethersulfone קרום) | Millipore | X337.1 | carlroth.com | |
| 0.5 מ '2 | נייר אלומיניום | - | |||
| אספקה | - | N 2 - שבתא הכפפות (100% N 2) | - | ||
| - | N 2 / CO 2 - גז (90/10, נ / V; 50 mbar) | - | |||
| 1 | מזרק זכוכית Luer נעילת סטרילי, מלאות כותנה | C681.1 | carlroth.com | ||
| 1 | נעל Luer מחטים נירוסטה (150 מ"מ, 1.0 מ"מ ID) | 201,015 | labor-ochs.de | ||
| כימיקלים | 4.8 L | MQ-מים | - | ||
| עבור פתרון בינוני 5 L | 100 גרם | NaCl | 433,209 | sigmaaldrich.com | |
| 34 גרם | MgSO 4 | 208,094 | sigmaaldrich.com | ||
| 7.5 גרם | CaCl 2 | C4901 | sigmaaldrich.com | ||
| 1.25 גרם | NH 4 Cl | A9434 | sigmaaldrich.com | ||
| 0.34 גרם | KH 2 PO 4 | P5655 | sigmaaldrich.com | ||
| 0.45 גרם | KBR | P3691 | sigmaaldrich.com | ||
| 3.3 גרם | KCl | P9541 | sigmaaldrich.com | ||
| 200 מ"ל | Anoxic Na 2 HCO 3 פתרון -buffer (22 מ"מ) | - | |||
| 15 מ"ג | סלניום פתרון Tungstate (comp. וו et al., 2014) | - | |||
| 5 מ"ל | Na 2 S 2 O 3 פתרון (1 M) | - | |||
| 2.5 מ"ל | ימית Phototroph (MP) פתרון ויטמין (comp. וו et al., 2014) | - | |||
| 5 מ"ל | MP עקבות אלמנט שלolution (comp. וו et al., 2014) | - | |||
| התייחסות | |||||
| וו, וו, Swanner, ED, האו, LK, Zeitvogel, פ, Obst, מ ', פאן, YX, & קפלר, א (2014). אפיון של אינטראקציות פיזיולוגית תא-מינרליים של phototrophic anoxygenic הימי Fe (II) מהחמצן Rhodovulum iodosum - השלכות על Precambrian Fe (II) חמצון. Fems מיקרוביולוגיה אקולוגיה, 88 (3), 503-515. | |||||
טבלה 1. בינוני הכנה. רשימת ציוד, אספקה וכימיקלים להכנת המדיום לתרבות.
| כמות. | Ref. | תיאור פריט | פרטים | ||||
| ל | 1 | (א) | גליל זכוכית | Y310.1 | carlroth.com | * שונה מותאם אישית על ידי מתקן ייצור זכוכית | |
| 2 g | (א .1) | צמר זכוכית | 7377.2 | carlroth.com | |||
| 1.03 L | (א .2) | חרוזי זכוכית (O 0.55 - 0.7 מ"מ) | 11079105 | biospec.com | |||
| 6 | (א .3) | פקק גומי בוטיל (O 1.2 ס"מ) | 271,024 | labor-ochs.de | |||
| 1 | (א .4) | צלחת פטרי, זכוכית (ø 8.0 ס"מ) | T939.1 | carlroth.com | |||
| 40 מ"ל | (A.5) | דבק פולימרים | OTTOSEAL S68 | adchem.de | |||
| 11 | (א .6) | חמצן אופטי רדיד חיישן (לניתוח חמצן, ראה להלן) | - בבקשה - | presens.de | |||
| ל | 4 | (ב) | בלוטות בינוניות | ||||
| 4 | (ב'1) | צינורות גומי (35 מ"מ, 7 מ"מ ID) | 770,350 | labor-ochs.de | |||
| 4 | (ב .2) | מחבר צינור נעל Luer (3.0 מ"מ, זכר מנעול Luer = LLM) | P343.1 | carlroth.com | |||
| 4 | (ב .3) | מחבר צינור נעל Luer (3.0 מ"מ, נקבה מנעול Luer = LLF) | P335.1 | carlroth.com | |||
| 4 | (B.4) | צינורות גומי (25 מ"מ, 0.72 מ"מ ID) | 2600185 | newageindustries .com | |||
| ל | 1 | (ג) | לוח אמיץ גז Exchange | ||||
| 1 | (ג 1) | צינורות גומי (50 מ"מ, 7 מ"מ ID) | 770,350 | labor-ochs.de | |||
| 2 | (ג .2) | נעל Luer מחט נירוסטה (150 מ"מ, 1.0 מ"מ ID) | 201,015 | labor-ochs.de | |||
| 2 | (ג 3.) | מזרק זכוכית נעל Luer (10 מ"ל) | C680.1 | carlroth.com | |||
| 2 g | (ג .4) | כותנה פריכה | - | ||||
| 2 | (ג .5) | פקק גומי בוטיל (O 1.75 ס"מ) | 271,050 | labor-ochs.de | |||
| 1 | (ג .6) | מחט נירוסטה (40 מ"מ, 1.0 מ"מ ID) | Sterican | 4665120 | bbraun.de | ||
| 1 | (C.7) | נעל Luer מחט נירוסטה (150 מ"מ, 1.5 מ"מ ID) | 201,520 | labor-ochs.de | |||
| (LLF) | עמדה: Connecto נקבה נעל Luerr חלק ב C.7 | ||||||
| 10 מ"ל | (C.8) | דבק פולימרים | OTTOSEAL S68 | adchem.de | |||
| ל | 1 | (ד) | נמל דגימה | ||||
| 1 | (ד .1) | מחט נירוסטה (120 מ"מ, 0.7 מ"מ ID) | Sterican | 4665643 | bbraun.de | ||
| 1 | (ד 2.) | צינורות גומי (40 מ"מ, 0.74 מ"מ ID) | 2600185 | newageindustries .com | |||
| 2 | (D.3) | צינורות חום להתכווץ (35 מ"מ, 3 מ"מ מזהה התכווץ) | 541458 - 62 | conrad.de | |||
| 1 | (D.4) | מהדק Tube | STHC-C-500-4 | tekproducts.com | |||
| 1 | (D.5) | מחבר צינור נעל Luer (1.0 מ"מ, LLF) | P334.1 | carlroth.com | |||
| 1 | (D.6) | מכסה פלסטיק נעל Luer (LLM) | CT69.1 | carlroth.com | |||
| ל | 1 | (ה) | בקבוק בינוני | ||||
| 1 | (E.1) | בקבוק זכוכית (5 L) | Rotilabo | Y682.1 | carlroth.com | ||
| 1 | (E.2) | פקק גומי בוטיל (עבור GL45) | 444,704 | labor-ochs.de | |||
| 1 | (E.3) | נימי נירוסטה (300 מ"מ, 0.74 מ"מ ID) | 56,736 | sigmaaldrich.com | |||
| 1 | (E.4) | נימי נירוסטה (50 מ"מ, 0.74 מ"מ ID) | 56,737 | sigmaaldrich.com | |||
| 4 | (חלק ה 5.) | פסיכולוג צינורות (35 מ"מ, 3 מ"מ מזהה התכווץ) | 541458 - 62 | conrad.de | |||
| 2 | (E.6) | צינורות גומי (100 מ"מ, 0.74 מ"מ ID) | 2600185 | newageindustries .com | |||
| 1 | (E.7) | מחבר צינור נעל Luer (1.0 מ"מ, LLF) | P334.1 | carlroth.com | |||
| 1 | (E.8) | מזרק זכוכית נעל Luer (10 מ"ל) | C680.1 | carlroth.com | |||
| 1 גרם | (E.9) | כותנה פריכה | - | ||||
| 1 | (E.10) | פקק גומי בוטיל (O 1.75 ס"מ) | 271,050 | labor-ochs.de | |||
| 1 | (E.11) | מחט נירוסטה (40 מ"מ, 0.8 מ"מ ID) | Sterican | 4657519 | bbraun.de | ||
| ל | 1 | (F) | לוח חלוקה בינוני | ||||
| 1 | (F.1) | מזרק זכוכית נעל Luer (5 מ"ל) | <td>C679.1 | carlroth.com | |||
| 1 | (F.2) | פקק גומי בוטיל (O 1.75 מ"מ) | 271,050 | labor-ochs.de | |||
| 2 | (F.3) | מחט נירוסטה (40 מ"מ, 0.8 מ"מ ID) | Sterican | 4657519 | bbraun.de | ||
| 2 | (ו .4) | צינורות גומי (40 מ"מ, 0.74 מ"מ ID) | 2600185 | newageindustries .com | |||
| ל | 2 | (G) | בקבוקי פריק | ||||
| 2 | (: 1.G) | בקבוק זכוכית (2 ליטר) | Rotilabo | X716.1 | carlroth.com | ||
| 2 | (G.2) פקק גומי בוטיל (עבור GL45) | 444,704 | labor-ochs.de | ||||
| 4 | (ז'3) | נימי נירוסטה (50 מ"מ, 0.74 מ"מ ID) | 56,736 | sigmaaldrich.com | |||
| 2 | (G.4) | צינורות גומי (30 מ"מ x 0.74 מ"מ מזהה) | 2600185 | newageindustries .com | |||
| 2 | (G.5) | צינורות גומי (100 מ"מ x 0.74 מ"מ מזהה) | 2600185 | newageindustries .com | |||
| 2 | (G.6) | מחבר צינור נעל Luer (1.0 מ"מ, LLF) | P334.1 | carlroth.com | |||
| 1 | (G.7) | נעל Luer מחבר 3 כיוונים (LLF, 2x LLM) | <td>6134 | cadenceinc.com | |||
| ציוד נוסף | |||||||
| 1 | (L) | מקור אור | סמסונג | SI-P8V151DB1US | samsung.com | ||
| 1 | (P) | משאבת peristaltic | Ismatec | EW-78,017-35 | coleparmer.com | ||
| 4 | (Pt) | צינורות שאיבה (0.89 מ"מ ID) | EW-97,628-26 | coleparmer.com | |||
| 4 | (S1 / 2) | נימי נירוסטה (200 מ"מ, 0.74 מ"מ ID) | 56,736 | sigmaaldrich.com | |||
| 4 | (W3 / 4) | Staiפלדת נימי nless (400 מ"מ, 0.74 מ"מ ID) | 56,737 | sigmaaldrich.com | |||
| 2 | (GP) | Supel-אינרטי לסכל (Tedlar - PFC) חבילת גז (10 ליטר) | 30,240-U | sigmaaldrich.com | |||
| עם | 2 | (Gp.1) | צינור גומי (30 מ"מ, 6 מ"מ ID) | 770,300 | labor-ochs.de | ||
| 1 | (Gp.2) | מחבר צינור נעל Luer (3.0 מ"מ, LLM) | P343.1 | carlroth.com | |||
| 1 | (Gp.3) | מחבר צינור נעל Luer (3.0 מ"מ, LLF) | P335.1 | carlroth.com | |||
| אספקה | 2 | - | N 2 / CO 2 - קו גז (90/10, נ / V; 50mbar) | - | |||
| 2 | - | גז חזק מזרק (20 מ"ל) | C681.1 | carlroth.com | |||
| 1 | - | מבער בונזן | - | ||||
| 1 | - | מד סיבים אופטיים חמצן כימות חמצן | וחפצים | TR-FB-10-01 | presens.de | ||
| 1 | - | משאבת ואקום | - | ||||
| 1 | - | דבק סיליקון עבור optodes חמצן | וחפצים | PS1 | presens.de | ||
| -: פריטים המסומנים מקף (-) זמין בדרך כלל ולאפריט pecific | |||||||
טור טבלה 2. הגדרה. כמויות, התייחסות למספרי אלפאנומרי ותיאורי פריט של ציוד הגדרת ניסוי.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
קהילות מיקרוביאלי באוקיינוס Precambrian הוסדרו על ידי, או שונות כתוצאה, פעילותם ואת התנאים גיאוכימיים רווחים. בפרשו את מקורותיה של BIF, חוקרים בדרך כלל להסיק את קיומו או אי פעילות של מיקרואורגניזמים על בסיס סדימנטולוגיה או גיאוכימיה של BIF, למשל, סמית et al. 23 וג'ונסון et al. 24. המחקר של אורגניזמים מודרניים בסביבות מודרני שיש אנלוגים גיאוכימיים לסביבות עתיקות הוא גם גישה מועילה, למשל, קרואו et al. 11 ו Koeksoy et al. 14. גישה שלישית היא ניצול אורגניזמים במערכות מעבדה מהונדסות מדמי תהליכים המתרחשים באוקיינוס Precambrian, למשל, Krepski et al. 25. סוג של גישה זו שימושית כדי לבחון השערות ספציפיות, ולהסיר כימיים או גורמים ביולוגיים שעלולים להיות נוכח מערכות מודרניות, אבל לא היוחלק מהאוקיינוס Precambrian (למשל, צמחים ובעלי חיים ימיים). לפיכך, אנו מציגים שיטה הוכחה של קונספט עבור מערכת גאות דינמי, מעבדה, שבו תתבצע הפעילות של (cyano-) חיידקים והשפעתם על וכתוצאה פרופילים גיאוכימיים ניתן להעריך רק בתנאי מעבדה מבוקרים. הטור שלנו יכול לשמש כדי לבחון השערות על אורגניזמים והתהליכים תורמים בתצהיר של BIF, ואת biosignatures נשמר BIF.
אנחנו מותאמים הפרוטוקול עבור התקנת העמודה כך ההרכבה מובנת ובקלות conductible. עם זאת כמה צעדים בפרוטוקול הצורך לטפל בזהירות אידיאלית שנערך בעזרת אדם וסיוע. בפרט, את הקשר של הבקבוקים הבינוניים עד צילינדר העמודה צריכה להתבצע במהירות כדי למנוע זיהום של הפתרון הבינוני עם חמצן. השימוש בציוד לא סטרילי או עובד בתנאי מעבדה nonsterile תגרום in את הזיהום של הניסוי ותוצאות אמינות. לכן יש צורך מוחלט לעקר הציוד לשמור על תנאים סטריליים (עבודה במנדף זרימה למינרית או 40 ס"מ ליד מבער בונזן) בעת הגדרת הניסוי ואיסוף דגימות. בנוסף, פרמטרים פיסיים-כימי חלק גרמו לשינויים כימיים-חומר הטור על ההגדרה-זמן הרב בניסוי העמודה. חלקים כי הם עשויים צינורות גומי נראה שיש מקדם הדיפוזיה של חמצן כי הוא גבוה מספיק כדי להשפיע על בקבוק המאגר הבינוני משמעותי ולהוביל חמצון של Fe (II) ומשקעי מינרליים הפתרון הבינוני. צריכת אביוטי של> 10% Fe (II) בשל משקעים במהלך הניסוי אביוטי מעל 10 ימים (השוו: תוצאות נציג) צריך להילקח בחשבון לצורך ניסויים לטווח ארוך בעתיד. מקור האור ששימש במחקר הנוכחי נוצר שיפוע אור downwelling תוך 6 ס"מ העליוןהטור. ספקטרום האור כיסה את אורכי הגל פעילים פוטוסינתטיים של כלורופיל b ב Synechococcus ואפשר צמיחה ופעילות פוטוסינתטיים. למעשה, מקור האור הוא אחד הפרמטרים החשובים ביותר לגבי אורגניזמים phototrophic מאז הן, איכות וכמות האור יכול להשפיע מאוד חיידקים phototrophic 11,13. וריאציות של אורכי גל וטווחי רפאים, גם בהתחשב קרינת UV הגבוהה במהלך Precambrian, עשויות להמשיך לאפשר תובנה תגובות biogeochemical תלויות אור. במהלך ניסויי דגירת אור, הבחנו כי אור נערך מבעד לקיר הזכוכית של הטור, פולטות אור דרך נמלי הדגימה בתחתית הטור. בניסויים עתידיים, הזכוכית בראש הטור צריכה להיות מוחלפת על ידי זכוכית שאינו אור-ניצוח. שיפוע האור חייב להימדד סט דגם, כפי שאין שום דרך קלה וזולה של מדידת שיפוע האור בתוךמערכת בעמודה סגורה זמין. אנו מניחים שינוי משמעותי לאורך זמן בעומק חדירה מקסימלית של אור עקב קליטת האור על ידי תאים ומינרלים. מדידת שיפוע האור באתרו במהלך הניסוי תהיה עניין ניסויים עתידיים. שימוש חרוזי פיזור אור במטריצת חרוזי זכוכית כימות של אור מפוזר מן הצד עשוי להיות אפשרות לכמת את זמינויות אור היחסים במעמקים מסוימים לאורך זמן. שיפור נוסף יכלול כיסוי כי לא צריך להיות מודבק, אבל אולי יהיה אפשר להדביק בקלות להסיר עם מקורבות מהדק מקיף. נמל אספקת מדיה 4 נקודות הפרשות יביא בשדה זרימה הומוגנית יותר בתוך העמודה. מיצוב צר של יציאות דגימה העיקריות דגימות נוזלות יביא רזולוציה גבוהה יותר של דגימה של הדרגתיים הביולוגיים גיאוכימיים בתוך העמודה.
עם זאת, התוצאות הראשונות להדגיםד שעמודת הזרימה דרך האנכית יכולה להיחשב ניסוי הגדרה מתאימה כדי לחקור תהליכים מיקרוביאליים ושינויים גיאוכימיים במערכת גאות. אנו טוענים כי הטור הזה משמש אב טיפוס להוכיח את הפונקציונליות הכוללת של המערכת. יתר על כן, התוצאות שלנו לאמת את הנחות רווחות, תוצאות דוגמנות, היקשי גיאוכימיה משקע כי chemocline בין חמצן Fe (II) תוצאות אם כחוליות נוכחות בתוך Fe (II) -rich מערכה גאות 20. תנאי anoxic לפני החיסון משקפים אוקיינוס Precambrian לפני קולוניזציה ידי כחוליות או אורגניזמים המסוגלים פוטוסינתזה חמצנית. עם עליית החמצן במי השטח, גאות Fe (II) הופך מחומצן שוקע כמו Fe (III) ומינרלים, כגון התרחש במהלך בתצהיר של הקמת BIF 26 .the של chemocline לבין היווצרות מינרלים ניתן להעריך לחיץ גיאוכימיים תהליכים לתוך סביבה בקנה מידה גדולה יותרים. אולם עבור upscaling התוצאות העריכו לסביבות טבעיות (עתיקות), תהליכים פיזיקליים נוספים צריכים להילקח בחשבון. Advective תחבורה לרוחב, למשל, עלולה להפריע להקמת chemocline, זהה מערבולות הנוצרת על-ידי רוח המים העיליים.
המיצוי של דגימות נוזל מעמודת המים עבור Fe (II), מדידות Fe מוחלטות, כימות לא פולשנית O 2 הצליח לעקוב אחר האבולוציה של חזית תגובה בין המינים הכימיים אלה בצורה פשוטה, מהירה ואמינה . הטמפרטורה הנמוכה Fe (III) הריכוז בדגימות שנלקחו בעמודה הקימה בשנת ניסויי שליטת אביוטי עולה בבירור כי למרות חמצון כלשהו יתרחש בקבוק התקשורת, העמוד עצמו היה סגור הרמטית בפני זרם החיצוני O 2. יתר על כן, תוצאות אלה מצביעות על כך פרוטוקול הדגימה שלנו שמר דגימות anoxic עבור Fe כימות (II). שינויים ב- pH לא נרשמו במהלך experimen העמודהt ו עשוי להיות השפעה מכרעת על Fe-התפצלות. עם זאת, מערכת זרימה דרך הנוכחי שנאגרו על ידי 22 מ"מ NaHCO 3 כי הוא בשיווי משקל עם אווירה anoxic N 2 / CO 2 ב אמיץ ומאפשר לשמור על pH נייטרלי circum במשך שעה 84 לפחות. אף על פי כן, כימות באתרו של pH עשויות להיות פרמטר חשוב להבין תהליכים גיאוכימיים מלא בניסויים בטווח ארוכים הפוטנציאל ואת אקסטרפולציה כדי (עתיקות) מערכות בים פתוחות. המטריצה חרוז זכוכית, המשמש לייצוב הדרגתיים גיאוכימיים הקמת בצילינדר העמוד, מוביל להצטברות של Fe-משקעים בתת הקרקע של עמודת המים. אנו משערים כי המשקעים שהצטברו אין השפעה דומיננטית על ניסוי 84 השעות שלנו. עם זאת, ביומסה משפילה בכוחה להניע תהליכי חיזור על Fe-משקע שתוצאתן Fe אופניים. זה צריך להיחשב לגבי בטווח הארוך הפוטנציאל (<84 שעות) ניסויים. למעשה, אורFe-חיזור מושרה אופניים ושחרור Fe לברכת ברזל הברזל יהיו אפשר לצפות לכמת לטווח ארוך לשכפל (21 ימים) ניסויים (וו, וו, Maisch, מ ', קפלר, א, פאן, י' פוטו ED, & Swanner, Fe (III) הפחתה התייצב Fe (II) ב נאות חמצן Archean. גיאולוגיה. (הכנה.)).
ניסויי טור עתידיים ישלבו הן מיקרואורגניזמים וריאציות שונות בהרכב הבינוני התרבות. זה מאפשר הדמיה של תנאים סביבתיים מגוונים המייצגים עבור בשלבים שונים במהלך השינוי של אוקיינוס Precambrian. לדוגמה, סיליקה ניתן להוסיף עד בינוני כדי לדמות את ריכוזי של 0.67 עד 2.2 מ"מ שהיו קיימים במי ים Precambrian 27. יתר ריכוז סולפט בפתרון הבינוני יכול להיות שונה כדי לטפל וריאציות בהרכב של מי ים Precambrian. וריאציות של המדיום culturing תשפיע ככל הנראה physiology ותוצאה של מיקרואורגניזמים על דפוסי גיאוכימיים בעמודת המים 19 כי התקנת הטור הנוכחית מאפשרת לנו לחקור באתרו. בנוסף לכך, ניסויים הצפוי יהיה כרוך קהילות חיידקים מורכבות יותר כגון phototrophic Fe (II) חיידקים -oxidizing (למשל, קפלר ואח '.) 28, microaerophilic Fe (II) חיידקים -oxidizing (למשל, Krepski et al.) 29 ו כחוליות. ניסויי הטור יעזרו ניסו להפריד תרומה האישית של תהליכים מיקרוביאליים אלה בתצהיר של תצורות ברזל טריטון. עם זאת לפרשנות אקסטרפולציה כדי עתיקות (ומודרניות) סביבות צריכה להיגזר בקפידה רב. בית הגידול של החיידקים אשר עוברת סימולציה ב- הדגמים במחקר הנוכחי רק את התכונות הבסיסיות של עמודת מי אוקיינוס גאות Precambrian פוטנציאל: אנכי Fe (II) ונתיבים, שיפוע אור אזור photic, אווירת anoxic ו כחוליות. במודעהdition, התנאים במערכת הגאות המלאכותית בעל הפעילות מוגבר לטובת הצמיחה של כחוליות, עקב טמפרטורות קבועות ו -24 בתנאי תאורת hr שעשויות להגדיל את קצב ייצור O 2 גבוה, ואילו O הגבוהה לאחר מכן 2 ריכוזים מובילים גבוהים Fe (II) מחירי חמצון . לכן במחקר הנוכחי לא יכול להתפרש כאחד הניסוי המתאים לכל ההשערות בדבר מקור BIF.
אף על פי כן, ההתקנה מאפשרת חקירה באתרו של תהליכים גיאוכימיים שונים ואת הווריאציה וסימולציה של תנאי שפה מסוימים (זמינה אור, קומפוזיציה בינונית, ונתיבים). כימות של פרמטרים יחידים ואינטראקציות גיאוכימיים בתנאי מעבדה המפוקחים עלולה לתת תובנה הסביבות עתיקות ומודרניות. כמו כן, מערכת העמודה מאפשרת לנו לבחון השערות על איך התנאים גיאוכימיים מוסדרים פעילות חיידקית. לדוגמא, זה כבר משערד כי גבוהים Fe (II) ריכוזים במערכות גאות Precambrian יכולים להיות ייצור חמצן בפוטוסינתזה מוגבל בשל הרעילות של Fe (II) בסביבות שטופות שמש, מחומצן 20. חקירות עתידיות בנוסף תשלבנה ונתיבים כימיים ושיעורי נפח המאפשרים חישובי stoichiometric איכותיים וכמותית של קינטיקה תגובה בעמודת המים המלאכותית. תצפיות יחידות תקושרנה אז להעריך מודל הדמיות סביבת פרט. עם להגדיר את העמודה, אנו מסוגלים עתה לחקור את תגובת לחץ הישירה של (cyano-) לחיידקים ונתיבים של גבוה Fe (II) והאור במערכת גאות in-situ המייצג תנאי מוקדם כדור הארץ ימי 20. העמודה יכולה לשמש גם כדי לבחון את ההשערות לגבי חתימות גיאוכימיים המיוצרות על ידי פעילות חיידקית, למשל באבולוציה של יצירות איזוטופ Fe לאורך מערכת גאות שבו Fe (II) מתבצע חמצון (למשל, et Czajaal.) 30. בנוסף, חרוזי הזכוכית כי לייצב הדרגתיים הכימי בתוך הטור יכולים להיות מוחלפים עם חול או משקעים. לכן גם ניתן להחיל את הטור הזה עבור סימולציות של הדרגתיים גיאוכימיים שעשוי להתפתח משקעים ימיים או מים מתוקים מיושב על ידי מיקרואורגניזמים (למשל, מלטון et al.) 31.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
מארק נורדהוף סייע בתכנון ויישום של חיבורי צינורות. אלן שטרובה עזרה כדי לבחור ולרכוש ציוד המשמש.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Widdel flask (5 L) | Ochs | 110015 | labor-ochs.de |
| Glass bottles (5 L) | Rotilabo | Y682.1 | carlroth.com |
| Glass pipettes (5 ml) | 51714 | labor-ochs.de | |
| 0.22 µm Steritop filter unit (0.22 µm Polyethersulfone membrane) | Millipore | X337.1 | carlroth.com |
| Aluminum foil | |||
| Sterile Luer Lock glass syringe, filled with cotton | C681.1 | carlroth.com | |
| Luer Lock stainless steel needles (150 mm, 1.0 mm ID) | 201015 | labor-ochs.de | |
| NaCl | Sigma | 433209 | sigmaaldrich.com |
| MgSO4 | Sigma | 208094 | sigmaaldrich.com |
| CaCl2 | Sigma | C4901 | sigmaaldrich.com |
| NH4Cl | Sigma | A9434 | sigmaaldrich.com |
| KH2PO4 | Sigma | P5655 | sigmaaldrich.com |
| KBr | Sigma | P3691 | sigmaaldrich.com |
| KCl | Sigma | P9541 | sigmaaldrich.com |
| Glass cylinder | Y310.1 | carlroth.com | |
| Glass wool | 7377.2 | carlroth.com | |
| Glass beads (ø 0.55 - 0.7 mm) | 11079105 | biospec.com | |
| Butyl rubber stopper (ø 1.2 cm) | 271024 | labor-ochs.de | |
| Petri Dish, glass (ø 8.0 cm) | T939.1 | carlroth.com | |
| Polymers glue | OTTOSEAL S68 | adchem.de | |
| Optical oxygen sensor foil (for oxygen analysis, see below) | – on request – | presens.de | |
| Rubber tubing (35 mm, 7 mm ID) | 770350 | labor-ochs.de | |
| Luer Lock tube connector (3.0 mm, Luer lock male = LLM) | P343.1 | carlroth.com | |
| Luer Lock tube connector (3.0 mm, Luer lock female = LLF) | P335.1 | carlroth.com | |
| Rubber tubing (25 mm, 0.72 mm ID) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Rubber tubing (50 mm, 7 mm ID) | 770350 | labor-ochs.de | |
| Luer Lock stainless steel needle (150 mm, 1.0 mm ID) | 201015 | labor-ochs.de | |
| Luer Lock glass syringe (10 ml) | C680.1 | carlroth.com | |
| Loose cotton | – | ||
| Butyl rubber stopper (ø 1.75 cm) | 271050 | labor-ochs.de | |
| Stainless steel needle (40 mm, 1.0 mm ID) | Sterican | 4665120 | bbraun.de |
| Luer Lock stainless steel needle (150 mm, 1.5 mm ID) | 201520 | labor-ochs.de | |
| position: Luer Lock female connector part at C.7 | |||
| Polymers glue | OTTOSEAL S68 | adchem.de | |
| Stainless steel needle (120 mm, 0.7 mm ID) | Sterican | 4665643 | bbraun.de |
| Rubber tubing (40 mm, 0.74 mm ID) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Heat shrink tubing (35 mm, 3 mm ID shrunk) | 541458 - 62 | conrad.de | |
| Tube clamp | STHC-C-500-4 | tekproducts.com | |
| Luer Lock tube connector (1.0 mm, LLF) | P334.1 | carlroth.com | |
| Luer Lock plastic cap (LLM) | CT69.1 | carlroth.com | |
| Glass bottle (5 L) | Rotilabo | Y682.1 | carlroth.com |
| Butyl rubber stopper (for GL45) | 444704 | labor-ochs.de | |
| Stainless steel capillary (300 mm, 0.74 mm ID) | 56736 | sigmaaldrich.com | |
| Stainless steel capillary (50 mm, 0.74 mm ID) | 56737 | sigmaaldrich.com | |
| Shrink tubing (35 mm, 3 mm ID shrunk) | 541458 - 62 | conrad.de | |
| Rubber tubing (100 mm, 0.74 mm ID) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Luer Lock tube connector (1.0 mm, LLF) | P334.1 | carlroth.com | |
| Luer Lock glass syringe (10 ml) | C680.1 | carlroth.com | |
| Loose cotton | – | ||
| Butyl rubber stopper (ø 1.75 cm) | 271050 | labor-ochs.de | |
| Stainless Steel needle (40 mm, 0.8 mm ID) | Sterican | 4657519 | bbraun.de |
| Luer lock glass syringe (5 ml) | C679.1 | carlroth.com | |
| Butyl rubber stopper (ø 1.75 mm) | 271050 | labor-ochs.de | |
| Rubber tubing (40 mm, 0.74 mm ID) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Glass bottle (2 L) | Rotilabo | X716.1 | carlroth.com |
| Butyl rubber stopper (for GL45) | 444704 | labor-ochs.de | |
| Stainless steel capillary (50 mm, 0.74 mm ID) | 56736 | sigmaaldrich.com | |
| Rubber tubing (30 mm x 0.74 mm ID) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Rubber tubing (100 mm x 0.74 mm ID) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Luer Lock tube connector (1.0 mm, LLF) | P334.1 | carlroth.com | |
| Luer Lock 3-way connector (LLF, 2x LLM) | 6134 | cadenceinc.com | |
| Light source | Samsung | SI-P8V151DB1US | samsung.com |
| Peristalic pump | Ismatec | EW-78017-35 | coleparmer.com |
| Pumping tubing (0.89 mm ID) | EW-97628-26 | coleparmer.com | |
| Stainless steel capillary (200 mm, 0.74 mm ID) | 56736 | sigmaaldrich.com | |
| Stainless steel capillary (400 mm, 0.74 mm ID) | 56737 | sigmaaldrich.com | |
| Supel-Inert Foil (Tedlar - PFC) gas pack (10 L) | 30240-U | sigmaaldrich.com | |
| Rubber tube (30 mm, 6 mm ID) | 770300 | labor-ochs.de | |
| Luer Lock tube connector (3.0 mm, LLM) | P343.1 | carlroth.com | |
| Luer Lock tube connector (3.0 mm, LLF) | P335.1 | carlroth.com | |
| Gas-tight syringe (20 ml) | C681.1 | carlroth.com | |
| Bunsen burner | – | ||
| Fiber optic oxygen meter for oxygen quantification | Presens | TR-FB-10-01 | presens.de |
| Vacuum pump | – | ||
| Silicone glue for oxygen optodes | Presens | PS1 | presens.de |
References
- Lyons, T. W., Reinhard, C. T., Planavsky, N. J. The rise of oxygen in Earth's early ocean and atmosphere. Nature. 506 (7488), 307-315 (2014).
- Raymond, J., Blankenship, R. E.
- Kendall, B., Reinhard, C. T., Lyons, T., Kaufman, A. J., Poulton, S. W., Anbar, A. D. Pervasive oxygenation along late Archaean ocean margins. Nature Geosci. 3 (9), 647-652 (2010).
- Olson, S. L., Kump, L. R., Kasting, J. F. Quantifying the areal extent and dissolved oxygen concentrations of Archean oxygen oases. Chem. Geol. 362 (1), 35-43 (2013).
- Satkoski, A. M., Beukes, N. J., Li, W., Beard, B. L., Johnson, C. M. A redox-stratified ocean 3.2 billion years ago. Earth Planet. Sci. Lett. 430 (1), 43-53 (2015).
- Holland, H. D. Oceans - Possible Source of Iron in Iron-Formations. Econ. Geol. 68 (7), 1169-1172 (1973).
- Holland, H. D., Lazar, B., Mccaffrey, M.
- Klein, C., Beukes, N. J. Time distribution, stratigraphy, and sedimentologic setting, and geochemistry of Precambrian iron-formations. The Proterozoic Biosphere. Schopf, J. W., Klein, C. , Cambridge University Press. 139-146 (1992).
- Poulton, S. W., Canfield, D. E. Ferruginous Conditions: A Dominant Feature of the Ocean through Earth's History. Elements. 7 (2), 107-112 (2011).
- Busigny, V., et al. Iron isotopes in an Archean ocean analogue. Geochim. Cosmochim. Acta. 133, 443-462 (2014).
- Crowe, S. A., et al. Photoferrotrophs thrive in an Archean Ocean analogue. PNAS. 105 (41), 15938-15943 (2008).
- Jones, C., et al. Biogeochemistry of manganese in ferruginous Lake Matano, Indonesia. Biogeosciences. 8 (10), 2977-2991 (2011).
- Lliros, M., et al. Pelagic photoferrotrophy and iron cycling in a modern ferruginous basin. Sci. Rep. 5 (13803), (2015).
- Koeksoy, E., Halama, M., Konhauser, K. O., Kappler, A. Using modern ferruginous habitats to interpret Precambrian banded iron formation deposition. Int. J. Astrobiol. , 1-13 (2015).
- Canfield, D. E. A new model for Proterozoic ocean chemistry. Nature. 396 (6710), 450-453 (1998).
- Wu, W. F., et al. Characterization of the physiology and cell-mineral interactions of the marine anoxygenic phototrophic Fe(II) oxidizer Rhodovulum iodosum - implications for Precambrian Fe(II) oxidation. FEMS Microbiol. Ecol. 88 (3), 503-515 (2014).
- Hungate, R. E., Macy, J. The Roll-Tube Method for Cultivation of Strict Anaerobes. Bull. Ecol. Res. Comm. 17 (1), 123-126 (1973).
- Van Baalen, C. Studies on marine blue-green algae. Bot. mar. 4 (1-2), 129-139 (1962).
- Sakamoto, T., Bryant, D. A. Growth at low temperature causes nitrogen limitation in the cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7002. Arch. Microbiol. 169 (1), 10-19 (1998).
- Swanner, E. D., Mloszewska, A. M., Cirpka, O. A., Schoenberg, R., Konhauser, K. O., Kappler, A. Modulation of oxygen production in Archaean oceans by episodes of Fe(II) toxicity. Nature Geosci. 8 (2), 126-130 (2015).
- Stookey, L. L. Ferrozine - a New Spectrophotometric Reagent for Iron. Anal. Chem. 42 (7), 779-784 (1970).
- Fitch, M. W., Koros, W. J., Nolen, R. L., Carnes, J. R. Permeation of Several Gases through Elastomers, with Emphasis on the Deuterium Hydrogen Pair. J. Appl. Polym. Sci. 47 (6), 1033-1046 (1993).
- Smith, A. J. B., Beukes, N. J., Gutzmer, J. The Composition and Depositional Environments of Mesoarchean Iron Formations of the West Rand Group of the Witwatersrand Supergroup, South Africa. Econ. Geol. 108 (1), 111-134 (2013).
- Johnson, C. M., Beard, B. L., Klein, C., Beukes, N. J., Roden, E. E. Iron isotopes constrain biologic and abiologic processes in banded iron formation genesis. Geochim. Cosmochim. Acta. 72 (1), 151-169 (2008).
- Krepski, S. T., Emerson, D., Hredzak-Showalter, P. L., Luther, G. W., Chan, C. S. Morphology of biogenic iron oxides records microbial physiology and environmental conditions: toward interpreting iron microfossils. Geobiology. 11 (5), 457-471 (2013).
- Posth, N. R., Konhauser, K. O., Kappler, A. Microbiological processes in banded iron formation deposition. Sedimentology. 60 (7), 1733-1754 (2013).
- Maliva, R. G., Knoll, A. H., Simonson, B. M. Secular change in the Precambrian silica cycle: Insights from chert petrology. Geol. Soc. Am. Bull. 117 (7-8), 835-845 (2005).
- Kappler, A., Pasquero, C., Konhauser, K. O., Newman, D. K. Deposition of banded iron formations by anoxygenic phototrophic Fe(II)-oxidizing bacteria. Geology. 33 (11), 865-868 (2005).
- Krepski, S. T., Hanson, T. E., Chan, C. S. Isolation and characterization of a novel biomineral stalk-forming iron-oxidizing bacterium from a circumneutral groundwater seep. Environ. Microbiol. 14 (7), 1671-1680 (2012).
- Czaja, A. D., Johnson, C. M., Beard, B. L., Roden, E. E., Li, W. Q., Moorbath, S. Biological Fe oxidation controlled deposition of banded iron formation in the ca. 3770 Ma Isua Supracrustal Belt (West Greenland). Earth. Planet. Sci. Lett. 363 (1), 192-203 (2013).
- Melton, E. D., Schmidt, C., Kappler, A. Microbial iron(II) oxidation in littoral freshwater lake sediment: the potential for competition between phototrophic vs. nitrate-reducing iron(II)-oxidizers. Front. Microbiol. 3 (197), 1-12 (2012).
