Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Laboratorium Simulatie van een ijzer (II) -rijke Precambrium Marine Upwelling Systeem om Ontdek de groei van de fotosynthetische bacteriën

11.7K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/54251

⸱

24 juli 2016

 ,  ,  , 

In dit artikel

Samenvatting

We gesimuleerd een Precambrium ijzerhoudende marine opwelling systeem in een lab-schaal verticale doorstroom kolom. Het doel was om te begrijpen hoe geochemische profielen van O 2 en Fe (II) evolueren cyanobacteriën produceren O 2. De resultaten tonen de instelling van een chemocline door Fe (II) oxidatie door fotosynthetisch geproduceerde O 2.

Samenvatting

Een conventionele concept voor de afzetting van een aantal Precambrium Banded Iron formaties (BIF) gaat ervan uit dat de ferro-ijzer [Fe (II)] opwelling van hydrothermale bronnen in het Precambrium oceaan werd geoxideerd door moleculaire zuurstof [O 2] geproduceerd door cyanobacteriën. De oudste BIFS, afgezet vóór de Grote Oxidatie Event (GOE) bij ongeveer 2,4 miljard jaar (Gy) geleden, kunnen gevormd door directe oxidatie van Fe (II) anoxygene photoferrotrophs onder anoxische omstandigheden. Als een werkwijze voor het testen van de geochemische en mineralogische patronen die ontwikkelt op verschillende biologische scenario, ontwierpen we een 40 cm lange verticale doorstroom kolom anoxische Fe (II) -rijke marine opwelling systeem gebruikt dat een oude oceaan op labschaal simuleren . De cilinder werd gepakt met een poreuze glazen kraal matrix aan de geochemische gradiënten te stabiliseren, en vloeibare monsters voor ijzer kwantificatie kan de hele waterkolom worden genomen. Opgeloste zuurstof werdontdekte niet- invasief via optoden van buitenaf. Resultaten van biotische experimenten die betrokken opwelling stromen van Fe (II) van de bodem, een duidelijke lichte helling van boven, en cyanobacteriën aanwezig in de waterkolom, tonen duidelijk bewijs voor de vorming van Fe (III) minerale neerslagen en de ontwikkeling van een chemocline tussen Fe (II) en O 2. Deze kolom laat ons toe om hypothesen te testen voor de vorming van de BIFS door het kweken van cyanobacteriën (en in de toekomst photoferrotrophs) onder gesimuleerde mariene Precambrium omstandigheden. Verder veronderstellen we dat onze column concept maakt het mogelijk voor de simulatie van verschillende chemische en fysieke omgevingen - inclusief ondiepe mariene of lacustriene sedimenten.

Inleiding

Het Precambrium (4,6-0,541 Gy geleden) atmosfeer ervaren een geleidelijke opbouw van fotosynthetisch geproduceerde zuurstof (O 2), mogelijk onderbroken door stapsgewijze veranderingen in de zogenaamde "Grote Oxidatie Event" (GOE) bij ongeveer 2,4 Gy geleden, en opnieuw in de Neoproterozoic (1-0,541 Gy geleden) atmosferische O 2 benaderde moderne niveau 1. Cyanobacteriën zijn de evolutionaire overblijfselen van de eerste organismen die oxygenic fotosynthese 2. Geochemische bewijs en modellering studies ondersteunen de rol van ondiepe kustgebieden in herbergen actieve gemeenschappen van cyanobacteriën of organismen die in sta....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. Bereiding van kweekmedium

Opmerking: Informatie over de benodigde apparatuur, chemicaliën en benodigdheden voor de voorbereiding van het kweekmedium is opgenomen in Tabel 1 Cursief alfanumerieke codes tussen haakjes verwijzen naar de gespecificeerd in tabel 2 en in figuur 1 getoonde apparatuur..

  1. Bereid 5 L Marine fototroof (MP) medium (hierna aangeduid als "medium") volgens het protocol van Wu et al. 16. Breng de pH op 6,8 met behulp van zuurstofloze en steriele 1 M HCl of 0,5 M Naco 3. Als bron voor Fe (II), voeg 3,5 ml van een 1 M anoxische e....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

controleproef

Abiotische controle-experimenten (10 dagen) aangetoond consequent lage zuurstofconcentraties (O 2 <0,15 mg / l) zonder significante fluctuaties in de Fe (II) -profile gehele kolom opwelling water. De vorming van neerslagen (vermoedelijk Fe (III) (oxyhydr-) oxides) in het medium reservoir en de lichte afname van het Fe (II) concentratie van 500 uM tot 440 pM in 10 dagen .......

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Microbiële populaties in het Precambrium oceaan gereguleerd door, of aangepast als gevolg van hun activiteit en de heersende omstandigheden geochemische. Bij de interpretatie van de oorsprong van BIF, onderzoekers meestal afleiden van de aanwezigheid of de activiteit van micro-organismen op basis van de sedimentologie en geochemie van BIF, bijvoorbeeld Smith et al. 23 en Johnson et al. 24. De studie van de moderne organismen in moderne omgevingen die geochemische analogen.......

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

Auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Mark Nordhoff geholpen bij het ontwerpen en implementeren van slangaansluitingen. Ellen Struve geholpen om te selecteren en het verwerven van de gebruikte apparatuur.

....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Widdel flask (5 L)Ochs110015labor-ochs.de
Glass bottles (5 L)RotilaboY682.1carlroth.com
Glass pipettes (5 ml)51714labor-ochs.de
0.22 µm Steritop filter unit (0.22 µm Polyethersulfone membrane)MilliporeX337.1carlroth.com
Aluminum foil
Sterile Luer Lock glass syringe, filled with cottonC681.1carlroth.com
Luer Lock stainless steel needles (150 mm, 1.0 mm ID)201015labor-ochs.de
NaClSigma433209sigmaaldrich.com
MgSO4Sigma208094sigmaaldrich.com
CaCl2SigmaC4901sigmaaldrich.com
NH4ClSigmaA9434sigmaaldrich.com
KH2PO4SigmaP5655sigmaaldrich.com
KBrSigmaP3691sigmaaldrich.com
KClSigmaP9541sigmaaldrich.com
Glass cylinderY310.1carlroth.com
Glass wool7377.2carlroth.com
Glass beads (ø 0.55 - 0.7 mm)11079105biospec.com
Butyl rubber stopper (ø 1.2 cm)271024labor-ochs.de
Petri Dish, glass (ø 8.0 cm)T939.1carlroth.com
Polymers glueOTTOSEAL S68adchem.de
Optical oxygen sensor foil (for oxygen analysis, see below)– op aanvraag –presens.de
Rubber tubing (35 mm, 7 mm ID)770350labor-ochs.de
Luer Lock tube connector (3.0 mm, Luer lock male = LLM)P343.1carlroth.com
Luer Lock tube connector (3.0 mm, Luer lock female = LLF)P335.1carlroth.com
Rubber tubing (25 mm, 0.72 mm ID)2600185newageindustries.com
Rubber tubing (50 mm, 7 mm ID)770350labor-ochs.de
Luer Lock stainless steel needle (150 mm, 1.0 mm ID)201015labor-ochs.de
Luer Lock glass syringe (10 ml)C680.1carlroth.com
Loose cotton –
Butyl rubber stopper (ø 1.75 cm)271050labor-ochs.de
Stainless steel needle (40 mm, 1.0 mm ID)Sterican4665120bbraun.de
Luer Lock stainless steel needle (150 mm, 1.5 mm ID)201520labor-ochs.de
position: Luer Lock female connector part at C.7
Polymers glueOTTOSEAL S68adchem.de
Stainless steel needle (120 mm, 0.7 mm ID)Sterican4665643bbraun.de
Rubber tubing (40 mm, 0.74 mm ID)2600185newageindustries.com
Heat shrink tubing (35 mm, 3 mm ID shrunk)541458 - 62conrad.de
Tube clampSTHC-C-500-4tekproducts.com
Luer Lock tube connector (1.0 mm, LLF)P334.1carlroth.com
Luer Lock plastic cap (LLM)CT69.1carlroth.com
Glass bottle (5 L)RotilaboY682.1carlroth.com
Butyl rubber stopper (for GL45)444704labor-ochs.de
Stainless steel capillary (300 mm, 0.74 mm ID)56736sigmaaldrich.com
Stainless steel capillary (50 mm, 0.74 mm ID)56737sigmaaldrich.com
Shrink tubing (35 mm, 3 mm ID shrunk)541458 - 62conrad.de
Rubber tubing (100 mm, 0.74 mm ID)2600185newageindustries.com
Luer Lock tube connector (1.0 mm, LLF)P334.1carlroth.com
Luer Lock glass syringe (10 ml)C680.1carlroth.com
Loose cotton –
Butyl rubber stopper (ø 1.75 cm)271050labor-ochs.de
Stainless Steel needle (40 mm, 0.8 mm ID)Sterican4657519bbraun.de
Luer lock glass syringe (5 ml)C679.1carlroth.com
Butyl rubber stopper (ø 1.75 mm)271050labor-ochs.de
Rubber tubing (40 mm, 0.74 mm ID)2600185newageindustries.com
Glass bottle (2 L)RotilaboX716.1carlroth.com
Butyl rubber stopper (for GL45)444704labor-ochs.de
Stainless steel capillary (50 mm, 0.74 mm ID)56736sigmaaldrich.com
Rubber tubing (30 mm x 0.74 mm ID)2600185newageindustries.com
Rubber tubing (100 mm x 0.74 mm ID)260

Referenties

  1. 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).
  2. Raymond, J., Blankenship, R. E. The origin of the oxygen-evolving complex. Coord. Chem. Rev. 252 (3-4), 377-383 (2008).
  3. Kendall, B., Reinha....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

IJzer(II)-oxidatiegroei van cyanobacteriëngebandeerde ijzerformatiedoorstroomkolomglaskraalmatrixdetectie van opgeloste zuurstofanoxische omstandighedenFe(II)-fluxlichtgradiënt