蘇必利爾湖的研究揭示了硫在地球古老的海洋中是如何循環(huán)的
 蘇必利爾湖硫酸鹽含量低的水域可以為地球早期海洋的生物化學(xué)提供洞見。信用:uux.cn/亞歷山德拉菲利普斯 (神秘的利爾硫地老地球uux.cn)據(jù)加州大學(xué)圣巴巴拉分校(哈里森·塔索夫):地球化學(xué)家亞歷山德拉·菲利普斯對硫磺念念不忘。黃色元素是湖的海洋徐州(上門服務(wù))外圍找服務(wù)vx《749-3814》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)一種重要的常量營養(yǎng)元素,她試圖了解它是研究如何在環(huán)境中循環(huán)的。具體來說,揭示她對大約30億年前地球古老海洋中的球古硫循環(huán)很好奇。 幸運(yùn)的中何是,營養(yǎng)不良的循環(huán)蘇必利爾湖為我們提供了一個(gè)很好的回顧過去的機(jī)會(huì)。“真的蘇必很難回溯幾十億年,”菲利普斯說,利爾硫地老他是湖的海洋加州大學(xué)圣巴巴拉分校和明尼蘇達(dá)大學(xué)德盧斯分校的前博士后研究員。“所以這是研究一個(gè)很好的窗口。”她和她的揭示徐州(上門服務(wù))外圍找服務(wù)vx《749-3814》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)合作者在湖中發(fā)現(xiàn)了一種新的硫循環(huán)。他們的球古發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《湖沼學(xué)和海洋學(xué)》上,集中關(guān)注有機(jī)硫化合物在這個(gè)生物地球化學(xué)循環(huán)中的中何作用。 硫酸根離子(SO4)是環(huán)境中最常見的硫形式,也是海水的主要成分。在海洋和湖泊的底部,氧氣變得不可用,一些微生物通過將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化氫來生存(H2S)。 這種硫化氫的命運(yùn)很復(fù)雜;它可以在呼吸過程中被微生物迅速消耗,也可以在沉積物中保留數(shù)百萬年。將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化氫是一個(gè)歷史悠久的職業(yè);基因組證據(jù)表明,微生物已經(jīng)這樣做了至少30億年。 但科學(xué)家認(rèn)為,硫酸鹽直到大約27至24億年前才變得豐富,當(dāng)時(shí)新進(jìn)化的藍(lán)藻的光合活動(dòng)開始向海洋和大氣中注入大量氧氣。那么這些古老的微生物是從哪里獲得硫酸鹽的呢? 考慮到這一困境,菲利普斯將注意力轉(zhuǎn)向有機(jī)硫,即硫與碳化合物結(jié)合的分子。這些包括硫脂和含硫氨基酸。在現(xiàn)代海洋中,硫酸鹽的含量幾乎是有機(jī)硫的一百萬倍。“但是在一個(gè)沒有太多硫酸鹽的系統(tǒng)中,有機(jī)硫突然變得非常重要,”她說。 “很長一段時(shí)間,我們的思維被我們能從富含硫酸鹽的現(xiàn)代海洋中學(xué)到的東西所主導(dǎo),”資深作者、明尼蘇達(dá)大學(xué)大湖天文臺(tái)教授謝爾蓋·卡采夫說。卡采夫擔(dān)任該項(xiàng)目的高級科學(xué)家。“然而,要了解早期地球,需要觀察硫酸鹽稀缺時(shí)出現(xiàn)的過程,這就是有機(jī)硫可以改變整個(gè)范式的地方。” 恰好蘇必利爾湖含有很少的硫酸鹽,比現(xiàn)代海洋少近一千倍。菲利普斯說:“就硫酸鹽而言,蘇必利爾湖看起來更接近數(shù)十億年前的海洋,可能有助于我們理解我們無法直接觀察的過程。”早期的海洋幾乎沒有硫酸鹽,因?yàn)樾纬蒘O4的游離氧少得多。 五大湖是古代海洋的模擬,使菲利普斯能夠看到硫循環(huán)在類似的化學(xué)條件下是如何進(jìn)行的。她心里有三個(gè)問題: 1.如果硫酸鹽還原正在發(fā)生,是哪些微生物造成的? 2.如果有機(jī)硫推動(dòng)了這一過程,那么微生物更喜歡什么類型的化合物呢? 3.那么,產(chǎn)生的硫化氫會(huì)怎么樣呢? 菲利普斯和她的合作者前往蘇必利爾湖,從源頭到匯追蹤有機(jī)硫。該小組從兩個(gè)地點(diǎn)將水和沉積物樣本帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析:一個(gè)地點(diǎn)沉積物中含有大量氧氣,另一個(gè)地點(diǎn)沒有。硫酸鹽還原通常發(fā)生在環(huán)境的缺氧部分。氧氣是一種很好的資源,所以如果可能的話,生物更喜歡使用氧氣而不是硫酸鹽。該團(tuán)隊(duì)使用鳥槍法宏基因組學(xué)來尋找具有參與硫酸鹽還原的基因的微生物。他們發(fā)現(xiàn)了大量的硫酸鹽,就在沉積物中硫酸鹽含量最高的那一層。總之,他們確定了八個(gè)硫酸鹽還原分類群。 然后,研究人員開始確定微生物更喜歡哪種有機(jī)硫。他們給不同形式的有機(jī)硫來分離微生物群落,并觀察結(jié)果。作者發(fā)現(xiàn)微生物從硫脂中產(chǎn)生大部分硫酸鹽,而不是含硫氨基酸。雖然這個(gè)過程需要一些能量,但這比微生物從隨后的硫酸鹽還原成硫化氫中獲得的能量要少得多。 硫脂不僅是這一過程的首選,它們在沉積物中也更豐富。硫脂是由其他微生物群落產(chǎn)生的,它們死亡后會(huì)漂到湖底。 隨著“誰”和“如何”的回答,菲利普斯把她的注意力轉(zhuǎn)向硫化氫的命運(yùn)。在現(xiàn)代海洋中,硫化氫可以與鐵反應(yīng)生成黃鐵礦。但它也能與有機(jī)分子反應(yīng),生成有機(jī)硫化合物。“我們發(fā)現(xiàn)湖中有大量的有機(jī)物硫化,這真的讓我們很驚訝,”她說。“有機(jī)硫不僅是硫循環(huán)的一個(gè)來源,而且也是硫化氫的最終匯。” 這個(gè)循環(huán)——從有機(jī)硫到硫酸鹽再到硫化氫,然后再回來——對研究人員來說是全新的。“研究水生系統(tǒng)的科學(xué)家需要開始考慮有機(jī)硫是一個(gè)核心因素,”菲利普斯說。這些化合物可以在營養(yǎng)缺乏的環(huán)境中驅(qū)動(dòng)硫循環(huán),如蘇必利爾湖,甚至是古老的海洋。 這個(gè)過程在含高硫酸鹽的系統(tǒng)中也很重要。“有機(jī)硫循環(huán),就像我們在蘇必利爾湖看到的那樣,可能在海洋和淡水沉積物中普遍存在。但在海洋中硫酸鹽是如此豐富,以至于它的行為淹沒了我們的大多數(shù)信號(hào),”資深作者摩根·雷文說,他是加州大學(xué)圣巴巴拉分校的生物地球化學(xué)家。"在硫酸鹽含量低的蘇必利爾湖工作讓我們看到了沉積有機(jī)硫循環(huán)到底有多活躍." 有機(jī)硫似乎是微生物群落的能量來源,也能保存有機(jī)碳和分子化石。結(jié)合起來,這些因素可以幫助科學(xué)家理解早期硫循環(huán)微生物的進(jìn)化及其對地球化學(xué)的影響。 菲利普斯補(bǔ)充說,一些最早的生化反應(yīng)可能與硫有關(guān)。"我們非常確定硫在早期新陳代謝中扮演了重要的角色."更好地理解硫循環(huán)可以讓我們了解早期生命是如何利用這種氧化還原化學(xué)的。 |