Abbiamo simulato un sistema di risalita marino ferruginosa Precambriano in una colonna a flusso continuo verticale la produzione su scala. L'obiettivo era quello di capire come i profili geochimici di O 2 e Fe (II) evolversi come cianobatteri producono O 2. I risultati mostrano l'istituzione di un chemoclino a causa di Fe (II) l'ossidazione da parte fotosinteticamente prodotte O 2.
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Articolo metodologico
Simulazione Laboratorio di ferro (II) ricchi di Precambriano Marine Upwelling sistema per esplorare la crescita di batteri fotosintetici
In questo articolo
Sommario
Abstract
Un concetto convenzionale per la deposizione di alcuni Precambriani a banda ferro Formazioni (BIF) parte dal presupposto che il ferro ferroso [Fe (II)] risalita da fonti idrotermali nell'oceano Precambriano stato ossidato dall'ossigeno molecolare [O 2] prodotto da cianobatteri. I BIFs più antichi, depositati prima del grande evento di ossidazione (GOE) a circa 2,4 miliardi di anni (Gy) fa, avrebbero potuto formata da ossidazione diretta di Fe (II) anoxygenic photoferrotrophs in condizioni anossiche. Come metodo per testare i modelli geochimiche e mineralogiche che si sviluppano in diversi scenari biologici, abbiamo progettato una colonna a flusso verticale lunga 40 cm per simulare un anossica Fe (II) -rich rappresentativo di un antico oceano sistema di risalita marino su scala di laboratorio . Il cilindro è stato confezionato con una matrice di perle di vetro poroso per stabilizzare i gradienti geochimici, e campioni di liquido per la quantificazione di ferro potrebbe essere presa in tutta la colonna d'acqua. Ossigeno disciolto erarilevato in modo non invasivo tramite optodes dall'esterno. I risultati di esperimenti biotici che coinvolgevano flussi risalita di Fe (II) dal basso, una luce diversa pendenza dall'alto, e cianobatteri presenti nella colonna d'acqua, mostrano chiara evidenza la formazione di Fe (III) precipitati minerali e sviluppo di un chemoclino tra Fe (II) e O 2. Questa colonna consente di testare ipotesi per la formazione delle BIFs coltivando cianobatteri (e in futuro photoferrotrophs) in condizioni Precambriani marine simulate. Inoltre si ipotizza che il nostro concetto di colonna permette la simulazione di diversi ambienti chimici e fisici - tra cui i sedimenti marini o lacustri poco profonde.
Introduzione
Il Precambriano (4,6-,541 Gy fa) atmosfera vissuto un graduale accumulo di fotosinteticamente prodotte ossigeno (O 2), forse punteggiato da cambiamenti passo alla cosiddetta "Grande Oxidation Event" (GOE) a circa 2,4 Gy fa, e di nuovo in Neoproterozoic (1-,541 Gy fa) come O 2 atmosferica abbiano raggiunto livelli moderni 1. I cianobatteri sono i resti evolutivi dei primi organismi capaci di fotosintesi oxygenic 2. Studi e prove modellazione geochimica supportano il ruolo di ambienti costieri poco profondi a ospitare comunità attive di cianobatteri o di organismi capaci di fotosintesi oxygenic o fototrofi oxygenic, generando....
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Protocollo
1. Preparazione di coltura medio
Nota: Le informazioni sulle attrezzature necessarie, prodotti chimici e materiali di consumo per la preparazione del terreno di coltura è elencato nella tabella 1 italiche codici alfanumerici tra parentesi si riferiscono alle apparecchiature dettagliati nella tabella 2 e mostrato in Figura 1..
- Preparare 5 L di media Marine phototroph (MP) (di seguito indicato come "media") seguendo il protocollo di Wu et al. 16. Regolare il pH a 6,8 utilizzando anossica e sterile 1 M HCl o 0,5 M Naco 3. Come fonte di Fe (II), aggiu....
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Risultati
esperimento di controllo
Esperimenti di controllo abiotici (10 giorni) hanno dimostrato concentrazioni costantemente basse di ossigeno (O 2 <0,15 mg / L) senza variazioni significative del Fe (II) -profile nella colonna d'acqua risalita. La formazione di precipitati (presumibilmente Fe (III) (oxyhydr-) ossidi) nel serbatoio medio e la leggera diminuzione del (II) concentrazione c.......
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Discussione
comunità microbiche nel mare Precambriano sono stati regolati da, o modificati a seguito della loro attività e le condizioni geochimiche prevalenti. In interpretare le origini di BIF, ricercatori generalmente dedurre la presenza o l'attività dei microrganismi basato sulla sedimentologia o geochimica BIF, ad esempio, Smith et al. 23 e Johnson et al. 24. Lo studio degli organismi moderni in ambienti moderni che hanno analoghi geochimici per ambienti antichi è anche un v.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Mark Nordhoff assistito nella progettazione e realizzazione di collegamenti dei tubi. Ellen Struve ha contribuito a selezionare e acquisire le attrezzature utilizzate.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Fiaschetta Widdel (5 L) | Ochs | 110015 | labor-ochs.de |
| Bottiglie di vetro (5 L) | Rotilabo | Y682.1 | carlroth.com |
| Pipette di vetro (5 ml) | 51714 | labor-ochs.de | |
| 0,22 &; m Unità filtro Steritop (0,22 µ m Membrana in polietersulfone) | Millipore | X337.1 | carlroth.com |
| Siringa | |||
| sterile in vetro Luer Lock, riempita con cotone | C681.1 | carlroth.com | |
| aghi in acciaio inossidabile Luer Lock (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 |
| KH< sub>2PO4 | Sigma | P5655 | sigmaaldrich.com |
| KBr | Sigma | P3691 | sigmaaldrich.com |
| KCl | Sigma | P9541 | sigmaaldrich.com Cilindro |
| di vetro | Y310.1 | carlroth.com | |
| Lana | 7377.2 | carlroth.com | |
| Perle di vetro (ø 0.55 - 0.7& nbsp; mm) | 11079105 | biospec.com | |
| tappo in gomma butilica (ø 1,2 cm) | 271024 | labor-ochs.de | |
| Piastra di Petri, vetro (ø 8,0 cm) | T939.1 | carlroth.com | |
| Colla | OTTOSEAL S68 | adchem.de | |
| Foglio per sensore ottico di ossigeno (per l'analisi dell'ossigeno, vedi sotto) | – su richiesta – | presens.de | |
| Tubo in gomma (35 mm, 7 mm ID) | 770350 | labor-ochs.de | |
| Connettore tubo Luer Lock (3,0 mm, Luer lock maschio = LLM) | P343.1 | carlroth.com | |
| Connettore tubo Luer Lock (3,0 mm, Luer lock femmina = LLF) | P335.1 | carlroth.com | |
| Tubo in gomma (25 mm, 0,72 mm ID) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Tubo in gomma (50 mm, 7 | 770350 | labor-ochs.de | |
| Ago in acciaio inossidabile Luer Lock (150 mm, 1,0 mm ID) | 201015 | Siringa in | |
| vetro Luer Lock labor-ochs.de (10 ml) | C680.1 | carlroth.com | |
| Cotone sciolto | – | ||
| Tappo in gomma butilica (ø 1.75 cm) | 271050 | labor-ochs.de | |
| Ago in acciaio inossidabile (40 mm, 1.0 Ago | Sterican | 4665120 | bbraun.de |
| Luer Lock (150 mm, ID 1,5 mm) | 201520 | Posizione labor-ochs.de | |
| : Parte del connettore femmina Luer Lock a C.7 | |||
| Colla | OTTOSEAL S68 | adchem.de | |
| Ago in acciaio inossidabile (120 mm, 0,7 mm ID) | Sterican | 4665643 | bbraun.de |
| Tubi in gomma (40 mm, diametro interno 0,74 mm) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Guaina termorestringente (35 mm, 3 mm ID ristretto) | 541458 - 62 | conrad.de | |
| Morsetto | STHC-C-500-4 | tekproducts.com | |
| Connettore per tubo Luer Lock (1,0 mm, LLF) | P334.1 | carlroth.com | |
| Tappo in plastica Luer Lock (LLM) | CT69.1 | carlroth.com | |
| Bottiglia di vetro (5 L) | Rotilabo | Y682.1 | carlroth.com |
| Tappo in gomma butilica (per GL45) | 444704 | labor-ochs.de | |
| Capillare in acciaio inox (300 mm, 0,74 mm ID) | 56736 | sigmaaldrich.com | |
| Capillare in acciaio inox (50 mm, 0,74 mm ID) | 56737 | sigmaaldrich.com | |
| Guaina termoretraibile (35 mm, 3 mm ID ristretto) | 541458 - 62 | conrad.de | |
| Tubo in gomma (100 mm, 0,74 mm ID) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Connettore tubo Luer Lock (1,0 mm, LLF) | P334.1 | carlroth.com | |
| Siringa in vetro Luer Lock (10 ml) | C680.1 | carlroth.com | |
| Cotone sfuso | – | ||
| Tappo in gomma butilica (ø 1.75 cm) | 271050 | labor-ochs.de | |
| Ago in acciaio inossidabile (40 mm, 0.8 Siringa | bbraun.de 4657519 | Sterican | |
| (5 ml) | C679.1 | carlroth.com | |
| Tappo in gomma butilica (ø 1,75 mm) | 271050 | labor-ochs.de | |
| Tubo in gomma (40 mm, 0,74 mm ID) | 2600185 | newageindustries.com | |
| Flacone in vetro (2 L) | Rotilabo | X716.1 | carlroth.com |
| Tappo in gomma butilica (per GL45) | 444704 | labor-ochs.de | |
| Capillare in acciaio inossidabile (50 mm, diametro interno 0,74 mm) | 56736 | sigmaaldrich.com | |
| Tubo in gomma (diametro interno 30 mm x 0,74 mm) | 2600185 | tubo in | |
| gomma newageindustries.com (diametro interno 100 mm x 0,74 mm) | 2600185 | connettore per | |
| tubo Luer Lock newageindustries.com (1,0 mm, LLF) | P334.1 | carlroth.com | |
| Connettore Luer Lock a 3 vie (LLF, 2x LLM) | 6134 | cadenceinc.com | |
| Sorgente luminosa | Samsung | SI-P8V151DB1US | samsung.com |
| Pompa peristalica | Ismatec | EW-78017-35 | coleparmer.com |
| Tubo di pompaggio (0.89 mm ID) | EW-97628-26 | coleparmer.com | |
| Capillare in acciaio inossidabile (200 mm, 0,74 mm ID) | 56736 | ||
| sigmaaldrich.com Capillare in acciaio inossidabile (400 mm, 0,74 mm ID) | 56737 | sigmaaldrich.com | |
| Pacchetto di gas Supel-Inert Foil (Tedlar - PFC) (10 L) | 30240-U | sigmaaldrich.com | |
| Tubo in gomma (30 mm, 6 mm ID) | 770300 | labor-ochs.de | |
| Connettore per tubo Luer Lock (3,0 mm, LLM) | P343.1 | carlroth.com | |
| Connettore per tubo Luer Lock (3,0 mm, LLF) | P335.1 | carlroth.com | |
| Siringa a tenuta di gas (20 ml) | C681.1 | carlroth.com | |
| bruciatore | ... | ||
| Misuratore di ossigeno a fibra ottica per la quantificazione dell'ossigeno | Presens | TR-FB-10-01 | presens.de |
| Pompa | ... | ||
| Colla siliconica per optodi all'ossigeno | Presens | PS1 | presens.de |
Riferimenti
- 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. The origin of the oxygen-evolving complex. Coord. Chem. Rev. 252 (3-4), 377-383 (2008).
- Kendall, B., Reinha....
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Ristampe e permessi
