Name: sediment biomarkers for past climate records
Uploaded: 2023-04-30T06:49:01.000Z
Duration: 8 min 28 s
Channel: JoVE

K12 Standards

north-carolina-k-12-science-standard-course-of-study

NC K-12 Science Standard Course of Study

9-12

Earth and Environmental Science

Earth's Systems

ESS.EES.3.3

an-overview-of-bgdgt-biomarker-analysis-for-paleoclimatology

An Overview of bGDGT Biomarker Analysis for Paleoclimatology

<div class="chapter_text" id="script_0">
Biyobelirteçler olarak adlandırılan organik bileşikler, Yer Bilimlerinde geçmişin iklimleri ve ortamları hakkındaki bilgileri ilişkilendirmek için paleotermometreler olarak kullanılabilir. 
Canlı organizmalar, yaşadıkları çevre hakkında bize bilgi sağlayan bu biyobelirteçleri üretirler. Milyonlarca yıl önce Dünya'nın sıcaklığı gibi geçmiş olaylar hakkında bize bilgi vermek için bir vekil olarak hareket edebilirler. 
Karasal paleosıcaklık, tatlı su havzalarından gelen tortularda bulunan biyobelirteçler kullanılarak analiz edilebilir. Bu biyobelirteçlerin önemli bir sınıfı, dallı gliserol dialkil gliserol tetraeterler veya dallanmış GDGT'lerdir.
Bu video, yüz milyonlarca yıl boyunca tatlı su ortamlarındaki geçmiş değişiklikleri araştıran paleoklimatoloji adı verilen çalışma alanını tanıtacaktır. Bu, mevcut ve gelecekteki iklim ve çevresel değişikliklerin aydınlatılmasına yardımcı olur. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
Tortular, sıvı hareketi ve yerçekimi nedeniyle, tortul havzalarda veya yer kabuğundaki alçak alanlarda jeolojik zaman içinde birikir. Tortul havzalar, deniz tortusunu toplayan okyanusları veya göl tortusunu toplayan gölleri içerir. Deniz ve göl havzaları, büyük ölçüde aralarındaki tuzluluk farkından kaynaklanan farklı organizma türleri içerir. Bu nedenle, deniz ve göl havzaları farklı biyobelirteçler içerir. 
Dallanmış GDGT'lerin, anaerobik asidobakterilerin zarı kaplayan lipitleri olduğu düşünülmektedir. Araştırmalar, üretici organizmaların değişen sıcaklığa tepki olarak zar özelliklerini değiştirdiğini göstermektedir. 
Bu değişim, dallanmış GDGT'ler üzerindeki metillenmiş bölgelerin daha düşük sıcaklıklarda siklize bölgelere dönüştürülmesinden kaynaklanır ve böylece membran akışkanlığını arttırır. Yapıdaki bu değişiklik daha sonra bir vekil aracılığıyla sıcaklıkla ilişkilendirilebilir. Vekiller, ölçülemez değişkenle ilişkili ölçülebilir fiziksel olaylardır. 
Bu vekil, biyobelirteçteki metilasyonların veya MBT'nin ve siklizasyonların veya CBT'nin sayısını sıcaklıkla ilişkilendirir. Deneysel olarak türetilmiş bir denklem, MBT ve CBT'yi geçmiş Ortalama Yıllık Hava Sıcaklığı ile ilişkilendirebilir. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
Dallanmış GDGT biyobelirteçleri ile toprak sıcaklığı arasındaki ilişkiyi incelemek için, göl tortusu toplanmalı, üç teknikten biriyle ekstrakte edilmeli, saflaştırılmalı ve analiz edilmelidir. 
Dallanmış GDGT biyobelirteçleri ile toprak sıcaklığı arasındaki ilişkiyi incelemeye başlamak için, lipit molekülleri önce çeşitli teknikler kullanılarak gölsel çökeltilerden ekstrakte edilir. Sonikasyon yoluyla ekstraksiyon, bir tortu örneğinden toplam lipit ekstraktını veya TLE'yi elde etmenin en basit ve en ucuz yöntemidir. Bunun için, numuneyi organik çözücü içeren bir şişede çalkalamak için ultrasonik bir banyo kullanılır. Çok çeşitli polaritelere sahip biyobelirteçleri çıkarmak için bir metanol ve diklorometan karışımı kullanılır. Başka bir ekstraksiyon tekniği Soxhlet ekstraksiyonunu kullanır. Bir Soxhlet ekstraktörü, organik çözücünün yuvarlak tabanlı bir şişeden yukarı doğru, soğuk suyla soğutulan ve geri döndürülen bir kondansatöre geri akışını veya sürekli döngüsünü sağlar. Yoğunlaştırılmış çözücü, numuneyi içeren bir cam elyaf yüksük içine düşer. Dolduğunda, hazne organik çözücüyü yuvarlak tabanlı şişeye geri sifonlar ve zaman içinde sürekli ekstraksiyon sağlar. 
Bu teknik, büyük tortu kütlelerinin çıkarılmasında ve cihaz kalibrasyonu için büyük hacimli standartların hazırlanmasında yardımcı olur. Son olarak, hızlandırılmış çözücü ekstraksiyonu veya ASE, ekstraksiyon işleminin kinetiğini artırmak için yüksek sıcaklık ve basınç kullanan ticari markalı bir ekstraksiyon yöntemidir. ASE cihazı 24 adede kadar ayrı numune tutar ve ekstraksiyon işlemindeki tüm parametrelerin hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlar. Hızı ve kullanım kolaylığı nedeniyle, ASE yaygın olarak standart solvent ekstraksiyon yöntemi olarak kullanılır. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
Lipid numunesi bu tekniklerden biri kullanılarak ekstrakte edildikten sonra, analize hazırlanırken saflaştırılır. Tipik olarak, silika jel kolon kromatografisi, lipid numunesini polaritesine bağlı olarak saflaştırmak için kullanılır. Bunun için küçük bir cam sütun, jel adı verilen ince bir silika tozu ile doldurulur. Kolon daha sonra apolar bir çözücü, tipik olarak heksan ile doyurulur ve daha sonra numune üstüne yüklenir. Ekstraktın ayrılması, hedef bileşiğin katı faz veya çözücü faz için afinitesine dayanır. 
Polar bileşikler, bu durumda dallanmış GDGT'ler, polar silikaya apolar hekzandan daha fazla çekilir. Bu nedenle, hidrokarbonlar gibi apolar bileşikler, ketonlar ve alkoller gibi orta polar bileşikler ve yüksek polar bileşikler, kolonu farklı oranlarda ve artan polariteye sahip çözücülere yanıt olarak hareket edecektir. 
Eluentler daha sonra ayrı fraksiyonlar halinde toplanır. 
Saflaştırılmış GDGT'ler daha sonra bir kütle spektrometresi veya LC-MS'ye bağlı yüksek performanslı sıvı kromatografisi kullanılarak analiz edilir. LC-MS önce bileşikleri ayırır ve daha sonra bunları kütle-yük oranlarına göre analiz eder. 
Bu, seçilen kütle iyonu için eğrinin altındaki alanı kullanarak her bir GDGT tipinin nispi konsantrasyonunun belirlenmesini sağlar. MBT, grup 1 moleküllerinin toplama oranı olarak hesaplanır. 
CBT daha sonra grup 1 ve 2'deki moleküller kullanılarak negatif bir günlük olarak hesaplanır. MBT ve CBT daha sonra bir paleosıcaklık belirlemesine ulaşmak için deneysel olarak türetilmiş bir denkleme bağlanır. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_4">
Biyobelirteç proxy'leri kullanılarak paleosıcaklığın belirlenmesi, yer bilimindeki bir dizi uygulamada yararlıdır. 
İlk olarak, paleotermometri, Dünya'nın sıcaklığının uzun süreler boyunca belirlenmesini sağlar. Çeşitli teknikler kullanılarak, Dünya'nın sıcaklığının 500 milyon yıl öncesine kadar olduğu tahmin edilmektedir. Bu bize, farklı yaşam biçimlerinin evrimleştiği sıcaklık zarfını söyler ve sıcaklığın Dünya'nın biyosferi, hidrosferi, litosferi ve atmosferi üzerindeki geçmiş ve buna bağlı olarak gelecekteki etkilerinin araştırılmasını sağlar. 
Dünya'nın sıcaklığındaki daha yeni eğilimler, paleotermometri kullanılarak oluşturulan kayıtlara karşı da ölçülebilir. Dünya'nın yüzey sıcaklığı, son yirmi yılda belirgin bir ısınma eğilimi ile 1850'den günümüze yaklaşık 1 derece artmıştır. Küresel iklim üzerindeki antropojenik etkiyi anlamak için, doğru paleoiklim kayıtları geliştirilmeli ve bağlam olarak kullanılmalıdır. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_5">
JoVE'nin Dallı Gliserol Dialkil Gliserol Tetraeter Paleotermometrisine Genel Bakış kitabını az önce izlediniz. Artık dallanmış GDGT biyobelirteçlerinin nasıl kullanıldığını ve bunları çıkarma ve saflaştırmanın genel tekniğini anlamalısınız. Bu serideki aşağıdaki videolar bu karmaşık süreç hakkında daha fazla ayrıntıya girecektir. 
İzlediğiniz için teşekkürler! 
</div>

paleoklimatoloji için bgdgt biyobelirteç analizine genel bir bakış

Kaynak: Jeff Salacup Laboratuvarı - Massachusetts Amherst Üniversitesi
Bu video serisi boyunca, geçmişin iklimleri ve çevreleri hakkındaki bilgileri ilişkilendirebilecek biyobelirteçler olarak adlandırılan organik bileşikler aramak için doğal örnekler çıkarıldı ve saflaştırıldı. Analiz edilen örneklerden biri tortuydu. Çökeltiler, havzalarda jeolojik zaman boyunca birikir, tortunun sıvı (su veya hava), hareket ve yerçekimi yoluyla aktığı Dünya'daki çöküntüler. Deniz (okyanuslar ve denizler) ve göl (göller) olmak üzere iki ana havza türü vardır. Tahmin edilebileceği gibi, bu ortamlarda, büyük ölçüde aralarındaki tuzluluk farkından kaynaklanan çok farklı yaşam türleri yaşamaktadır. Son birkaç on yılda, organik jeokimyacılar, bazıları deniz ortamlarında ve bazıları gölde çalışan, iklim veya çevreyi tanımlamak için kullanılabilecek bir biyobelirteç vekilleri veya bileşiklerden oluşan bir araç kutusu keşfettiler. Burada dikkatimizi göl alemine ve dallı gliserol dialkil gliserol tetraeterlerine çeviriyoruz (Şekil 1). 
Bu bölümde, dallı gliserol dialkil gliserol tetraterleri (Şekil 1; brGDGT'ler) ve MBT/CBT proxy'si kullanılarak karasal paleosıcaklık analizine odaklanıyoruz. Bu vekil ilk olarak Weijers et al.1 tarafından tanımlanmıştır ve brGDGT'lerdeki halka ve dal yapılarının dağılımına dayanmaktadır. Dallanmış tetraeterlerin (CBT) siklizasyonunun doğrudan toprak pH'ı ile ilişkili olduğunu buldular. 
CBT = -log ((Ib + IIb) / (I + II))
Ve dallı tetraeterlerin (MBT) metilasyonunun, ortalama yıllık hava sıcaklığı (MAAT) ve daha az ölçüde toprak pH'ı ile belirlendiğini. 
MBT = (I + Ib + Ic) / (I + Ib + Ic) + (II + IIb + IIc) + (III + IIIb + IIIc)
Bu nedenle, birlikte ele alındığında ve kalibre edildiğinde, MBT/CBT, brGDGT'lerin dağılımını hem toprak sıcaklığı hem de pH ile ilişkilendirir. 
MBT = 0.122 + (0.187 x CBT) + (0.020 x MAAT)
Dallanmış GDGT'lerin zarı kapsayan lipitler olduğu düşünülmektedir ve üretimleri başlangıçta toprakta ve turbada yaşayan anaerobik Asidobakteri bakterilerine atfedilmiştir2-5, ancak sonraki çalışmalar, oksik ve anoksik göl ve deniz suyu sütunlarında ve çökeltilerinde de üretilebileceklerini önerdi6-9. Hipotez, Asidobakterilerin, doymamışlığı artırmak (siklizasyon iki hidrojen atomunu etkili bir şekilde uzaklaştırır) ve membran akışkanlığını korumak (benzer şekilde, doymuş yağ (tereyağı) katı bir oda sıcaklığıdır, doymamış yağ (zeytinyağı) ise bir sıvıdır), ancak dallı GDGT'ler henüz Asidobakteri kültürlerinde ana zar lipidleri olarak tanımlanmamıştır. Bu nedenle kesin kökenleri bilinmemektedir. 
Dallanmış GDGT'lerin çevresel değişkenlere (sıcaklık, pH, tuzluluk, yağış vb.) kalibrasyonu yaygın bir araştırma konusudur. Dünyanın dört bir yanındaki organik jeokimya laboratuvarları, dallı GDGT'ler ve (öncelikle) sıcaklık arasında hem küresel1,10 hem de bölgesel11-13 kalibrasyonları geliştirme görevinde yer almaktadır. Bu nedenle, yukarıda verilen denklemler düzenli olarak rafine edilmekte ve mükemmelleştirilmektedir. 
Dallanmış GDGT'ler genellikle gölsel çökeltilerden çıkarılır, ancak kıyı deniz çökelleri de araştırılmıştır. Ekstraktlar, GDGT'leri LC uyumlu olmayabilecek veya kromatografik olarak GDGT'lerle birlikte elüte olabilecek diğer bileşiklerden saflaştırmak için bir silika jel kolonuna tabi tutulur. GDGT'ler, metanolde ortaya çıkan polar fraksiyonda ortaya çıkar. 
Toplam lipid ekstraktı saflaştırıldıktan sonra, ekstrakte edilen ve saflaştırılan numune, bir kimyasal iyonizasyon kütle spektrometresine bağlı yüksek performanslı bir sıvı kromatograf üzerinde çalıştırılır. GDGT'lerin nispi konsantrasyonu, seçilen kütle iyonu (m/z; Şekil 1) sadece bu amaç için tasarlanmış bilgisayar yazılımındaki bileşiklerin her biri için (Agilent Chemstation gibi). Bu alanlar daha sonra bir paleosıcaklık belirlemesine ulaşmak için seçilen kalibrasyon denklemine konur. 
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10256/10256fig1.jpg"> 
Şekil 1. MBT/CBT proxy'si aracılığıyla sıcaklığı hesaplamak için kullanılan dallı GDGT'lerin yapıları (görüntüyü üreten Dr. Isla Castañeda'nın izniyle kullanılmıştır). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10256/10256fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. </a>
<div class="chapter_text" id="script_0">
Biyobelirteçler olarak adlandırılan organik bileşikler, Yer Bilimlerinde geçmişin iklimleri ve ortamları hakkındaki bilgileri ilişkilendirmek için paleotermometreler olarak kullanılabilir. 
Canlı organizmalar, yaşadıkları çevre hakkında bize bilgi sağlayan bu biyobelirteçleri üretirler. Milyonlarca yıl önce Dünya'nın sıcaklığı gibi geçmiş olaylar hakkında bize bilgi vermek için bir vekil olarak hareket edebilirler. 
Karasal paleosıcaklık, tatlı su havzalarından gelen tortularda bulunan biyobelirteçler kullanılarak analiz edilebilir. Bu biyobelirteçlerin önemli bir sınıfı, dallanmış gliserol dialkil gliserol tetraeterler veya dallanmış GDGT'lerdir.
Bu video, yüz milyonlarca yıl boyunca tatlı su ortamlarındaki geçmiş değişiklikleri araştıran paleoklimatoloji adı verilen çalışma alanını tanıtacaktır. Bu, mevcut ve gelecekteki iklim ve çevresel değişikliklerin aydınlatılmasına yardımcı olur. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
Tortular, sıvı hareketi ve yerçekimi nedeniyle, tortul havzalarda veya yer kabuğundaki alçak alanlarda jeolojik zaman içinde birikir. Tortul havzalar, deniz tortusunu toplayan okyanusları veya göl tortusunu toplayan gölleri içerir. Deniz ve göl havzaları, büyük ölçüde aralarındaki tuzluluk farkından kaynaklanan farklı organizma türleri içerir. Bu nedenle, deniz ve göl havzaları farklı biyobelirteçler içerir. 
Dallanmış GDGT'lerin, anaerobik asidobakterilerin zarı kaplayan lipitleri olduğu düşünülmektedir. Araştırmalar, üretici organizmaların değişen sıcaklığa tepki olarak zar özelliklerini değiştirdiğini göstermektedir. 
Bu değişim, dallanmış GDGT'ler üzerindeki metillenmiş bölgelerin daha düşük sıcaklıklarda siklize bölgelere dönüştürülmesinden kaynaklanır ve böylece membran akışkanlığını arttırır. Yapıdaki bu değişiklik daha sonra bir vekil aracılığıyla sıcaklıkla ilişkilendirilebilir. Vekiller, ölçülemez değişkenle ilişkili ölçülebilir fiziksel olaylardır. 
Bu vekil, biyobelirteçteki metilasyonların veya MBT'nin ve siklizasyonların veya CBT'nin sayısını sıcaklıkla ilişkilendirir. Deneysel olarak türetilmiş bir denklem, MBT ve CBT'yi geçmiş Ortalama Yıllık Hava Sıcaklığı ile ilişkilendirebilir. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
Dallanmış GDGT biyobelirteçleri ile toprak sıcaklığı arasındaki ilişkiyi incelemek için, göl tortusu toplanmalı, üç teknikten biriyle ekstrakte edilmeli, saflaştırılmalı ve analiz edilmelidir. 
Dallanmış GDGT biyobelirteçleri ile toprak sıcaklığı arasındaki ilişkiyi incelemeye başlamak için, lipit molekülleri önce çeşitli teknikler kullanılarak gölsel çökeltilerden ekstrakte edilir. Sonikasyon yoluyla ekstraksiyon, bir tortu örneğinden toplam lipit ekstraktını veya TLE'yi elde etmenin en basit ve en ucuz yöntemidir. Bunun için, numuneyi organik çözücü içeren bir şişede çalkalamak için ultrasonik bir banyo kullanılır. Çok çeşitli polaritelere sahip biyobelirteçleri çıkarmak için bir metanol ve diklorometan karışımı kullanılır. Başka bir ekstraksiyon tekniği Soxhlet ekstraksiyonunu kullanır. Bir Soxhlet ekstraktörü, organik çözücünün yuvarlak tabanlı bir şişeden yukarı doğru, soğuk suyla soğutulan ve geri döndürülen bir kondansatöre geri akışını veya sürekli döngüsünü sağlar. Yoğunlaştırılmış çözücü, numuneyi içeren bir cam elyaf yüksük içine düşer. Dolduğunda, hazne organik çözücüyü yuvarlak tabanlı şişeye geri sifonlar ve zaman içinde sürekli ekstraksiyon sağlar. 
Bu teknik, büyük tortu kütlelerinin çıkarılmasında ve cihaz kalibrasyonu için büyük hacimli standartların hazırlanmasında yardımcı olur. Son olarak, hızlandırılmış çözücü ekstraksiyonu veya ASE, ekstraksiyon işleminin kinetiğini artırmak için yüksek sıcaklık ve basınç kullanan ticari markalı bir ekstraksiyon yöntemidir. ASE cihazı 24 adede kadar ayrı numune tutar ve ekstraksiyon işlemindeki tüm parametrelerin hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlar. Hızı ve kullanım kolaylığı nedeniyle, ASE yaygın olarak standart solvent ekstraksiyon yöntemi olarak kullanılır. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
Lipid numunesi bu tekniklerden biri kullanılarak ekstrakte edildikten sonra, analize hazırlanırken saflaştırılır. Tipik olarak, silika jel kolon kromatografisi, lipid numunesini polaritesine bağlı olarak saflaştırmak için kullanılır. Bunun için küçük bir cam sütun, jel adı verilen ince bir silika tozu ile doldurulur. Kolon daha sonra apolar bir çözücü, tipik olarak heksan ile doyurulur ve daha sonra numune üstüne yüklenir. Ekstraktın ayrılması, hedef bileşiğin katı faz veya çözücü faz için afinitesine dayanır. 
Polar bileşikler, bu durumda dallanmış GDGT'ler, polar silikaya apolar hekzandan daha fazla çekilir. Bu nedenle, hidrokarbonlar gibi apolar bileşikler, ketonlar ve alkoller gibi orta polar bileşikler ve yüksek polar bileşikler, kolonu farklı oranlarda ve artan polariteye sahip çözücülere yanıt olarak hareket edecektir. 
Eluentler daha sonra ayrı fraksiyonlar halinde toplanır. 
Saflaştırılmış GDGT'ler daha sonra bir kütle spektrometresi veya LC-MS'ye bağlı yüksek performanslı sıvı kromatografisi kullanılarak analiz edilir. LC-MS önce bileşikleri ayırır ve daha sonra bunları kütle-yük oranlarına göre analiz eder. 
Bu, seçilen kütle iyonu için eğrinin altındaki alanı kullanarak her bir GDGT tipinin nispi konsantrasyonunun belirlenmesini sağlar. MBT, grup 1 moleküllerinin toplama oranı olarak hesaplanır. 
CBT daha sonra grup 1 ve 2'deki moleküller kullanılarak negatif bir günlük olarak hesaplanır. MBT ve CBT daha sonra bir paleosıcaklık belirlemesine ulaşmak için deneysel olarak türetilmiş bir denkleme bağlanır. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_4">
Biyobelirteç proxy'leri kullanılarak paleosıcaklığın belirlenmesi, yer bilimindeki bir dizi uygulamada yararlıdır. 
İlk olarak, paleotermometri, Dünya'nın sıcaklığının uzun süreler boyunca belirlenmesini sağlar. Çeşitli teknikler kullanılarak, Dünya'nın sıcaklığının 500 milyon yıl öncesine kadar olduğu tahmin edilmektedir. Bu bize, farklı yaşam biçimlerinin evrimleştiği sıcaklık zarfını söyler ve sıcaklığın Dünya'nın biyosferi, hidrosferi, litosferi ve atmosferi üzerindeki geçmiş ve buna bağlı olarak gelecekteki etkilerinin araştırılmasını sağlar. 
Dünya'nın sıcaklığındaki daha yeni eğilimler, paleotermometri kullanılarak oluşturulan kayıtlara karşı da ölçülebilir. Dünya'nın yüzey sıcaklığı, son yirmi yılda belirgin bir ısınma eğilimi ile 1850'den günümüze yaklaşık 1 derece artmıştır. Küresel iklim üzerindeki antropojenik etkiyi anlamak için, doğru paleoiklim kayıtları geliştirilmeli ve bağlam olarak kullanılmalıdır. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_5">
JoVE'nin Dallı Gliserol Dialkil Gliserol Tetraeter Paleotermometrisine Genel Bakış kitabını az önce izlediniz. Artık dallanmış GDGT biyobelirteçlerinin nasıl kullanıldığını ve bunları çıkarma ve saflaştırmanın genel tekniğini anlamalısınız. Bu serideki aşağıdaki videolar bu karmaşık süreç hakkında daha fazla ayrıntıya girecektir. 
İzlediğiniz için teşekkürler! 
</div>

Paleoklimatoloji için bGDGT Biyobelirteç Analizine Genel Bir Bakış

Source: Laboratory of Jeff Salacup&#160;- University of Massachusetts Amherst
Throughout this series of videos, natural samples were extracted and ...

Biyobelirteçler olarak adlandırılan organik bileşikler, Yer Bilimlerinde geçmişin iklimleri ve ortamları hakkındaki bilgileri ilişkilendirmek için paleotermometreler olarak kullanılabilir. Canlı organizmalar, yaşadıkları çevre hakkında bize bilgi sağlayan bu biyobelirteçleri üretirler. Milyonlarca yıl önce Dünya'nın sıcaklığı gibi geçmiş olaylar hakkında bize bilgi vermek için bir vekil olarak hareket edebilirler. Karasal paleosıcaklık, tatlı su havzalarından gelen tortularda bulunan biyobelirteçler kullanılarak analiz edilebilir. Bu biyobelirteçlerin önemli bir sınıfı, dallanmış gliserol dialkil gliserol tetraeterler veya dallanmış GDGT'lerdir.Bu video, yüz milyonlarca yıl boyunca tatlı su ortamlarındaki geçmiş değişiklikleri araştıran paleoklimatoloji adı verilen çalışma alanını tanıtacaktır. Bu, mevcut ve gelecekteki iklim ve çevresel değişikliklerin aydınlatılmasına yardımcı olur. Çökeltiler, sıvı hareketi ve yerçekimi nedeniyle, tortul havzalarda veya yer kabuğunun alçak bölgelerinde jeolojik zaman boyunca birikir. Tortul havzalar, deniz tortusunu toplayan okyanusları veya göl tortusunu toplayan gölleri içerir. Deniz ve göl havzaları, büyük ölçüde aralarındaki tuzluluk farkından kaynaklanan farklı organizma türleri içerir. Bu nedenle, deniz ve göl havzaları farklı biyobelirteçler içerir. Dallanmış GDGT'lerin, anaerobik asidobakterilerin zarı kaplayan lipitleri olduğu düşünülmektedir. Araştırmalar, üretici organizmaların değişen sıcaklığa tepki olarak zar özelliklerini değiştirdiğini göstermektedir. Bu değişim, dallanmış GDGT'ler üzerindeki metillenmiş bölgelerin daha düşük sıcaklıklarda siklize bölgelere dönüştürülmesinden kaynaklanır ve böylece membran akışkanlığını arttırır. Yapıdaki bu değişiklik daha sonra bir vekil aracılığıyla sıcaklıkla ilişkilendirilebilir. Vekiller, ölçülemez değişkenle ilişkili ölçülebilir fiziksel olaylardır. Bu vekil, biyobelirteçteki metilasyonların veya MBT'nin ve siklizasyonların veya CBT'nin sayısını sıcaklıkla ilişkilendirir. Deneysel olarak türetilmiş bir denklem, MBT ve CBT'yi geçmiş Ortalama Yıllık Hava Sıcaklığı ile ilişkilendirebilir. Dallanmış GDGT biyobelirteçleri ile toprak sıcaklığı arasındaki ilişkiyi incelemek için, göl tortusu toplanmalı, üç teknikten biriyle ekstrakte edilmeli, saflaştırılmalı ve analiz edilmelidir. Dallanmış GDGT biyobelirteçleri ile toprak sıcaklığı arasındaki ilişkiyi incelemeye başlamak için, lipit molekülleri önce çeşitli teknikler kullanılarak gölsel çökeltilerden ekstrakte edilir. Sonikasyon yoluyla ekstraksiyon, bir tortu örneğinden toplam lipit ekstraktını veya TLE'yi elde etmenin en basit ve en ucuz yöntemidir. Bunun için, numuneyi organik çözücü içeren bir şişede çalkalamak için ultrasonik bir banyo kullanılır. Çok çeşitli polaritelere sahip biyobelirteçleri çıkarmak için bir metanol ve diklorometan karışımı kullanılır. Başka bir ekstraksiyon tekniği Soxhlet ekstraksiyonunu kullanır. Bir Soxhlet ekstraktörü, organik çözücünün yuvarlak tabanlı bir şişeden yukarı doğru, soğuk suyla soğutulan ve geri döndürülen bir kondansatöre geri akışını veya sürekli döngüsünü sağlar. Yoğunlaştırılmış çözücü, numuneyi içeren bir cam elyaf yüksük içine düşer. Dolduğunda, hazne organik çözücüyü yuvarlak tabanlı şişeye geri sifonlar ve zaman içinde sürekli ekstraksiyon sağlar. Bu teknik, büyük tortu kütlelerinin çıkarılmasında ve cihaz kalibrasyonu için büyük hacimli standartların hazırlanmasında yardımcı olur. Son olarak, hızlandırılmış çözücü ekstraksiyonu veya ASE, ekstraksiyon işleminin kinetiğini artırmak için yüksek sıcaklık ve basınç kullanan ticari markalı bir ekstraksiyon yöntemidir. ASE cihazı 24 adede kadar ayrı numune tutar ve ekstraksiyon işlemindeki tüm parametrelerin hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlar. Hızı ve kullanım kolaylığı nedeniyle, ASE yaygın olarak standart solvent ekstraksiyon yöntemi olarak kullanılır. Lipid numunesi bu tekniklerden biri kullanılarak ekstrakte edildikten sonra, analize hazırlanırken saflaştırılır. Tipik olarak, silika jel kolon kromatografisi, lipid numunesini polaritesine bağlı olarak saflaştırmak için kullanılır. Bunun için küçük bir cam sütun, jel adı verilen ince bir silika tozu ile doldurulur. Kolon daha sonra apolar bir çözücü, tipik olarak heksan ile doyurulur ve daha sonra numune üstüne yüklenir. Ekstraktın ayrılması, hedef bileşiğin katı faz veya çözücü faz için afinitesine dayanır. Polar bileşikler, bu durumda dallanmış GDGT'ler, polar silikaya apolar hekzandan daha fazla çekilir. Bu nedenle, hidrokarbonlar gibi apolar bileşikler, ketonlar ve alkoller gibi orta polar bileşikler ve yüksek polar bileşikler, kolonu farklı oranlarda ve artan polariteye sahip çözücülere yanıt olarak hareket edecektir. Eluentler daha sonra ayrı fraksiyonlar halinde toplanır. Saflaştırılmış GDGT'ler daha sonra bir kütle spektrometresi veya LC-MS'ye bağlı yüksek performanslı sıvı kromatografisi kullanılarak analiz edilir. LC-MS önce bileşikleri ayırır ve daha sonra bunları kütle-yük oranlarına göre analiz eder. Bu, seçilen kütle iyonu için eğrinin altındaki alanı kullanarak her bir GDGT tipinin nispi konsantrasyonunun belirlenmesini sağlar. MBT, grup 1 moleküllerinin toplama oranı olarak hesaplanır. CBT daha sonra grup 1 ve 2'deki moleküller kullanılarak negatif bir günlük olarak hesaplanır. MBT ve CBT daha sonra bir paleosıcaklık belirlemesine ulaşmak için deneysel olarak türetilmiş bir denkleme bağlanır. Biyobelirteç proxy'leri kullanılarak paleosıcaklığın belirlenmesi, yer bilimindeki bir dizi uygulamada yararlıdır. İlk olarak, paleotermometri, Dünya'nın sıcaklığının uzun süreler boyunca belirlenmesini sağlar. Çeşitli teknikler kullanılarak, Dünya'nın sıcaklığının 500 milyon yıl öncesine kadar olduğu tahmin edilmektedir. Bu bize, farklı yaşam biçimlerinin evrimleştiği sıcaklık zarfını söyler ve sıcaklığın Dünya'nın biyosferi, hidrosferi, litosferi ve atmosferi üzerindeki geçmiş ve buna bağlı olarak gelecekteki etkilerinin araştırılmasını sağlar. Dünya'nın sıcaklığındaki daha yeni eğilimler, paleotermometri kullanılarak oluşturulan kayıtlara karşı da ölçülebilir. Dünya'nın yüzey sıcaklığı, son yirmi yılda belirgin bir ısınma eğilimi ile 1850'den günümüze yaklaşık 1 derece artmıştır. Küresel iklim üzerindeki antropojenik etkiyi anlamak için, doğru paleoiklim kayıtları geliştirilmeli ve bağlam olarak kullanılmalıdır. JoVE'nin Dallı Gliserol Dialkil Gliserol Tetraeter Paleotermometrisine Genel Bakış kitabını az önce izlediniz. Artık dallanmış GDGT biyobelirteçlerinin nasıl kullanıldığını ve bunları çıkarma ve saflaştırmanın genel tekniğini anlamalısınız. Bu serideki aşağıdaki videolar bu karmaşık süreç hakkında daha fazla ayrıntıya girecektir. İzlediğiniz için teşekkürler!

Education

JoVE Science Education

Environmental Sciences

Çevre Bilimleri

Earth Science

Yer Bilimleri

sediment biomarkers for past climate records

Sediment biomarkers can record past climate conditions, and branched GDGTs are one example used to study temperature in freshwater basins. These organic compounds are extracted from natural samples, purified, and then measured to help reconstruct environments from the past. In paleoclimatology, scientists use these records to better understand climate change over time.

Sediments build up over geologic time in sedimentary basins, which are low areas in the Earth’s crust where material is carried by water, air, movement, and gravity. Two main basin types are marine basins, such as oceans and seas, and lacustrine basins, such as lakes. Because these settings support different organisms and often differ in salinity, they contain different biomarkers.

Branched glycerol dialkyl glycerol tetraethers, or branched GDGTs, are studied in lacustrine sediment as paleothermometers. They are linked to the MBT/CBT proxy, which uses the number of methylation and cyclization features in the molecules. CBT, or cyclization of branched tetraethers, has been related to soil pH, while MBT, or methylation of branched tetraethers, is linked mainly to mean annual air temperature and also to soil pH.

Branched GDGTs are thought to be membrane-spanning lipids made by anaerobic Acidobacteria, which are bacteria found in soils and peat. Some research also suggests these compounds can form in oxic and anoxic lake and marine water columns and sediments. Scientists think colder conditions may shift methylated sites toward cyclized sites to help maintain membrane fluidity, but the exact source of the lipids is still not fully known.

To study these biomarkers, lacustrine sediments are collected, extracted, purified, and analyzed. The total lipid extract can be obtained by sonication, Soxhlet extraction, or accelerated solvent extraction, also called ASE. Sonication is the simplest and least expensive method, Soxhlet uses continuous solvent cycling, and ASE uses high temperature and pressure and is often used as the standard method because it is fast and easy to control.

After extraction, the sample is usually purified with silica gel column chromatography. In this step, the sample moves through silica using solvents of increasing polarity. Polar branched GDGTs are retained differently from apolar, mid-polar, and highly polar compounds, so the eluents are collected in separate fractions. The purified GDGTs are then ready for analysis.

The final measurement uses high performance liquid chromatography coupled to mass spectrometry, or LC-MS. This method separates the compounds and measures them by mass-to-charge ratio, or m/z. The relative abundance of each GDGT is calculated from the area under the curve for the selected ion, and those values are entered into the calibration equation to estimate paleotemperature.

Branched GDGT paleothermometry helps scientists estimate Earth’s temperature over very long time spans. Temperature records have been reconstructed as far back as 500 million years, which helps show the range of conditions in which life evolved. These records also provide context for modern warming, including the rise in Earth’s surface temperature since 1850 and the stronger warming trend seen in recent decades.

Sediment Biomarkers for Past Climate Records

lacustrine-bgdgt-climate-records-analysis

determining spatial orientation of rock layers with the brunton compass

determining-spatial-orientation-rock-layers-with-brunton

Measuring Rock Layer Strike and Dip

The Brunton compass is used to measure the spatial orientation of rock layers and other rock features. Many rock units show planar surfaces or linear features. These include bedding surfaces, fault surfaces, fracture surfaces, joint surfaces, foliation, and mineral alignment. These measurements give geologists the raw data they need to study how rock units formed and how they changed over time. The directions are recorded as strike and dip. Strike is the direction of a flat surface, and dip...

using topographic maps to generate topographic profiles

using-topographic-maps-to-generate-topographic-profiles

Reading Contour Lines on Topographic Maps

Topographic maps show Earth’s surface in a plan view, which means an overhead view. They give a clear look at land shape from above. These maps are a standard way to represent three-dimensional terrain on a flat page. Contour lines are the key feature of a topographic map. Each line connects places with the same elevation, or height above sea level. The spacing between contour lines is called the elevation interval, and it depends on how much detail the map shows and on the land itself. <br...

making a geologic cross section

Reading Geologic Maps in 3D

Geologic maps show rock units at Earth’s surface and help geologists infer what lies below it. They began in Europe in the mid-to-late 18th century and have since become a key tool for studying rock distribution, subsurface structure, and changes through time. A modern geologic map is a data-rich, two-dimensional plan view built on a topographic map. On these maps, color variations mark specific rock units. The lines where one unit meets another are called contacts. Geologic maps also use...

physical properties of minerals i: crystals and cleavage

physical-properties-of-minerals-i-crystals-and-cleavage

Mineral Crystal Shapes and Cleavage

Mineral crystal shapes and cleavage reveal how a mineral is built at the atomic level. These physical properties are measurable and visible traits that help identify minerals. They include color, streak, magnetic properties, hardness, crystal growth form, and crystal cleavage. Each of these properties is specific to a mineral. They are tied to the mineral’s chemical make-up and atomic structure. Crystal growth form and crystal cleavage both come mainly from the repeated pattern of basic atomic...

physical properties of minerals ii: polymineralic analysis

physical-properties-of-minerals-ii-polymineralic-analysis

Mineral Clues for Rock Identification

Mineral color, streak, luster, hardness, magnetism, and acid reaction help identify minerals and rocks. These physical properties can be seen or measured in hand samples and in the field. They are tied to a mineral’s chemical makeup and, to a lesser extent, its atomic structure. The video also explains why these clues work for rocks as well as minerals. Rocks are made of mineral grains, and most rocks contain more than one mineral type, which means they are polymineralic. Some rocks are...

igneous volcanic rock

How Volcanic Rock Forms From Lava

Volcanic rock forms when magma reaches Earth’s surface and cools. It is a type of igneous rock, which means it comes from cooling and crystallization of molten material. When magma is on the surface, it is called lava. Magma is molten rock that is usually between about 800 °C and 1,200 °C. It forms inside Earth through three main melting processes. These are the addition of heat, the addition of volatiles, and decompression. Each way of making magma can produce a different kind of magma. That...

igneous intrusive rock

Magma Cooling and Igneous Rock

Igneous rocks form when hot liquid rock, called magma, cools and crystallizes. Magma temperatures typically range from about 800 °C to 1,200 °C. These rocks record the freezing of molten material inside Earth.

an overview of bgdgt biomarker analysis for paleoclimatology

Sediment biomarkers can record past climate conditions, and branched GDGTs are one example used to study temperature in freshwater basins. These organic compounds are extracted from natural samples, purified, and then measured to help reconstruct environments from the past. In paleoclimatology, scientists use these records to better understand climate change over time. Sediments build up over geologic time in sedimentary basins, which are low areas in the Earth’s crust where material is...

an overview of alkenone biomarker analysis for paleothermometry

an-overview-of-alkenone-biomarker-analysis-for-paleothermometry

Sea Surface Temperature from Alkenone Ratios

Sea surface temperature can be reconstructed from alkenone ratios preserved in marine sediment. Alkenones are long-chain, unsaturated alkyl ketones made by some haptophyte algae, especially coccolithophores such as Emiliania huxleyi and Gephyrocapsa oceanica in the open ocean. The most widely used proxy is the U K'37 index, which compares the C37:2 and C37:3 alkenones. Because the ratio changes with growth temperature, it can be used to estimate past sea surface temperature. The U K'37 proxy...

sonication extraction of lipid biomarkers from sediment

sonication-extraction-of-lipid-biomarkers-from-sediment

How Organic Carbon Becomes Biomarkers

Organic material and inorganic material are chemically different. In an ecosystem, living material includes leaves, fungi, bark, and tissue. Non-living material includes rocks, their minerals, oxygen, water, and metals. Organic matter contains carbon linked to other carbon and hydrogen molecules, which sets it apart from inorganic matter. Carbon is especially flexible in the kinds of bonds it can form. Its valence range from -4 to +4 lets it make up to four separate covalent bonds with nearby...

soxhlet extraction of lipid biomarkers from sediment

soxhlet-extraction-of-lipid-biomarkers-from-sediment

Large-Volume Sediment Extraction for Standards

Large-volume sediment extraction is used to isolate compounds for chemical standards. These standards help labs track the performance, accuracy, and precision of instruments over time. That way, a measurement made today can be compared with one made a year later. Because standards must be checked over long periods, labs often need large amounts of material. Many chemical standards can be bought from companies such as Sigma-Aldrich and Fisher. But some natural compounds needed for paleoclimatic...

extraction of biomarkers from sediments - accelerated solvent extraction

extraction-of-biomarkers-from-sediments-accelerated-solvent-extraction

Sediment biomarkers can help scientists reconstruct past air and water temperatures. In this method, a group of organic biomarkers called glycerol-dialkyl glycerol-tetraethers, or GDGTs, is studied in modern sediments and in older sediment layers of known age. GDGTs are produced by a suite of archaea and bacteria. Their distribution changes in a predictable way in response to temperature. That pattern lets researchers use sediment records to track how climate changed over time. These...

conversion of fatty acid methyl esters by saponification for uk'37 paleothermometry

conversion-fatty-acid-methyl-esters-saponification-for-uk-37

Saponification for Cleaner GC-FID Analysis

Saponification helps clean up complex lipid samples before gas chromatography analysis. A total lipid extract, or TLE, from an organic solvent extraction can contain hundreds or even thousands of compounds. Researchers may only need a few target compounds. They may also need to remove unwanted material that gets in the way or co-elutes, meaning it comes off the gas chromatograph at the same time as another compound. This sample cleanup supports measurement on a gas chromatograph coupled to a...

purification of a total lipid extract with column chromatography

purification-of-a-total-lipid-extract-with-column-chromatography

Separating Lipid Classes by Column Chromatography

Column chromatography is used to separate lipid classes in a total lipid extract. A total lipid extract, or TLE, is often a complex mixture made up of hundreds or even thousands of compounds. Researchers may only need a few target compounds, so they remove the compounds they are not studying. Those target compounds can belong to different classes, including alkanes, ketones, alcohols, and acids. In some studies, a sample may contain many compounds, but only a small set matters for analysis.

removal of branched and cyclic compounds by urea adduction for uk'37 paleothermometry

removal-branched-cyclic-compounds-urea-adduction-for-uk-37

Urea Adduction Separates Lipid Shapes

Urea adduction separates straight-chain lipids from branched and cyclic compounds in a total lipid extract. Researchers use this step when they want only a small set of target molecules from a sample that may contain hundreds or even thousands of compounds. For paleothermometry, the target compounds are the alkenones used in U k'37 and the isoprenoidal glycerol dialkyl glycerol tetraethers, or GDGTs, used in MBT/CBT. Together, these organic paleothermometers depend on only six compounds: two...

earth science

Bu koleksiyon jeolojiden jeokimyaya kadar çeşitli konular içerir; minerallerin fiziksel ve kimyasal özellikleri ve kaya oluşumlarının analizi de dahil olmak üzere çeşitli demonstrasyonları kapsar.

Learn how branched GDGTs in lake sediments are extracted, purified, and measured with LC-MS to reconstruct past temperature and climate records.

Sediment Biomarkers for Past Climate Records | JoVE K12

Pennsylvania State Academic Standards

Earth and Space Science

Human Sustainability

3.3.9-12.M

Louisiana Student Standards for Science

High School

Earth’s Systems

HS-ESS2-4

HS-ESS3-6

ohios-learning-standards-and-model-curriculum

Ohio’s Learning Standards and Model Curriculum

Physical Geology

Minerals

properties-minerals-hardness-luster-cleavage-streak-crystal-shape

Properties of minerals (hardness, luster, cleavage, streak, crystal shape, fluorescence, flammability, density/specific gravity, malleability)

Earth's History

The geologic rock record

Plate Tectonics

Historical review

Glacial Geology

Glaciers and glaciation

Virginia  Standards of Learning

HIgh School

ES.5

ES.5.a

ES.10

ES.10.d

Texas Essential Knowledge and Skills

Earth Systems Science

112.49.c.11

112.49.c.11.E.

Alabama Course of Study Science

9-12.ESS.2.5.d

9-12.ESS.2.6.a

Next Generation Science Standards

Earth’s Place in the Universe

HS-ESS1-6

Florida Department of Education

SC.912.E.7

SC.912.E.7.7

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

Physical Science

HS. Structure and Properties of Matter

HS-PS1-10.

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-5.

Life Science

matter-and-energy-in-organisms-and-ecosystems

Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

HS-LS1-6.

HS-LS2-4.

Earth and Space Sciences

History of Earth

HS-ESS1-6.

HS-ESS2-6.

HS-ESS2-7.

Jeff Salacup

Overview

Principles of Branched Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraether Biomarkers

Branched GDGT Extraction

Biomarker Purification and Analysis

Applications

Summary

Igneous Volcanic Rock

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Igneous rocks are the products of cooling and crystallization of magma. Volcanic rocks ...

The Carbon Cycle

Carbon is the basis of all organic matter on Earth, and is recycled through the ecosystem in two primary processes: one in which carbon is exchanged among ...

Igneous Intrusive Rock

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Igneous rocks are products of the cooling and crystallization of high temperature ...

Using Topographic Maps to Generate Topographic Profiles

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Topographic maps are &#34;plan-view&#34; representations of Earth&#39;s ...

Determining Spatial Orientation of Rock Layers with the Brunton Compass

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Most rock units exhibit some form of planar surfaces or linear features. Examples ...

Making a Geologic Cross Section

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Geologic maps were first made and utilized in Europe, in the mid-to-late 18th century. ...

Use models to explain how mantle convection powers plate tectonics.

ESS.EES.2.1

Analyze and interpret data to predict locations of volcanoes and earthquakes based on plate boundaries.

ESS.EES.2.2

An Overview of Alkenone Biomarker Analysis for Paleothermometry

Topographic Surveying and Contours

Topographic surveying is critical for documenting the Earth's surface, focusing on capturing elevations, slopes, and natural and man-made features. It is ...

Plotting of Topographic Maps

Topographic maps represent the Earth's surface features using contour lines, which connect points of equal elevation to create a two-dimensional ...

Methods of Obtaining Topography

Topography involves measuring and mapping land elevations, natural features, and artificial structures to create accurate representations of the terrain. ...

Use models to explain how plate tectonics influence topography.

ESS.EES.2.3

The Soil Ecosystem

Plants obtain inorganic minerals and water from the soil, which acts as a natural medium for land plants. The composition and quality of soil depend not ...

Conditions on Early Earth

What are Biogeochemical Cycles?

The most common elements in organic molecules, carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur, and phosphorus, are only available in the ecosystem in limited ...

The Water Cycle

The Earth&rsquo;s hydrosphere includes all of the areas where the storage and movement of water occurs. Since water is the basis of all living processes, ...

The Nitrogen Cycle

Nitrogen atoms, present in all proteins and DNA, are recycled between abiotic and biotic components of the ecosystem. However, the primary form of ...

The Phosphorus Cycle

Unlike carbon, water, and nitrogen, phosphorus is not present in the atmosphere as a gas. Instead, most phosphorus in the ecosystem exists as compounds, ...

The Sulfur Cycle

Sulfur, an important element in the chemical makeup of proteins, is recycled through the atmosphere and aquatic and terrestrial environments. Found in the ...

Bioremediation

Bioremediation is the use of prokaryotes, fungi, or plants to remove pollutants from the environment. This process has been used to remove harmful toxins ...

Carry out investigations to explain how the rock cycle and rates of weathering, erosion, and soil formation influence Earth's systems.

ESS.EES.2.4

What is Climate?

Climate refers to the prevailing weather conditions in a specific area over an extended period. As the saying goes, &#8220;Climate is what you expect. ...

What is Weather?

Overview

Weather refers to the current state of atmospheric conditions at a specific time and place. Weather is temporary and is influenced by the ...

Variation of Atmospheric Pressure

Change in atmospheric pressure with height is particularly interesting. The decrease in atmospheric pressure with increasing altitude is due to the ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14711.jpg

Analyze and interpret data to explain how volcanic activity influences changes in Earth's atmosphere, geosphere, biosphere, and hydrosphere.

ESS.EES.2.5

States of Water

Water exists in any one of the three classical states: solid (ice), liquid (water), and gas (steam or water vapor). The state of water depends on i) the ...

The potential of hydrogen (pH) is a measure of the acidity or basicity of a water-based solution determined by the concentration of hydronium ions (H3O+). ...

Carry out investigations to explain the properties of water.

ESS.EES.3.1

Analyze how the geosphere is shaped by plate tectonics and the rock cycle.

Sediment Biomarkers for Past Climate Records

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards