光合成細菌の増殖を探検する鉄（II）リッチ先カンブリア時代マリン湧昇システムの実験室でのシミュレーション

先カンブリア時代（前4.6 0.541へGyの）雰囲気は、おそらく前に約2.4 Gyのでいわゆる「グレート酸化イベント」（GOE）でのステップ変化によって中断さ光合成生成された酸素（O _2）、の漸進的なビルドアップを経験し、再び大気Oなどの新原生代（1から0.541 Gyの前）で_2は、現代のレベル^1に近づきました。シアノバクテリアは酸素発生型光合成²のできる第一生物の進化の名残です。地球化学的証拠とモデリングの研究は、主に無酸素雰囲気^3-5の下に海洋表層における局所酸素オアシスを生成し、シアノバクテリアまたは酸素発生型光合成や酸素発生光栄養生物の可能な生物のアクティブなコミュニティを保有中の浅い沿岸環境の役割をサポートしています。

鉄への先カンブリア時代ポイントを通して海水から縞状鉄鉱フォーメーションの堆積（のBIF）（II）（鉄（II））の主要な地球化学cとしてその堆積中に少なくとも局所的海水のonstituent、、。最大のBIFのいくつかは、大陸棚と斜面をオフ形成、深層水鉱床です。堆積したFeの量は、主に大陸（ すなわち 、風化）ソースとマスバランスの観点から互換性がありません。そのため、鉄の多くは苦鉄質や超苦海底地殻⁶の熱水変質から供給されている必要があります。鉄の速度の推定値は、沿岸環境の外側は、Fe（II）と一致している堆積湧昇^7を介して表面の海に供給されます。 Feが湧昇流に輸送されるようにするために、縮小、移動体の形で存在していなければなりません – 鉄（II）として。 BIFに保存鉄の平均酸化状態は2.4 ⁸であり、一般にBIFはFeが酸素によっておそらく、（II）の酸化された鉄の湧昇ときに形成される鉄（III）として寄託保つと考えられます。したがって、スロープenvironmeに沿ったポテンシャルのFe（II）酸化メカニズムを探索NTS BIFが形成された方法を理解することが重要です。また、海洋堆積物の洗練された地球化学的特徴付けは、Fe（II）は無酸素水柱に存在した含鉄条件は、先カンブリア紀を通じて海洋の持続的な特徴であった、とだけ時間と場所に制限されていない可能性があることを確認しましたここBIF ^9を成膜しました。したがって、地球の歴史の少なくとも20億年の間、浅い海でのFe（II）とO ₂との間のレドックスインターフェイスは、おそらく平凡でした。

多くの研究は、先カンブリア紀の海のさまざまな機能の化学的および/または生物学的な類似体である現代的なサイトを利用しています。良い例が光合成活性（シアノバクテリアによるものを含む）しながら、鉄（II）が^{10月13日に}検出された太陽に照らされた地表水に安定して存在している含鉄湖です。これらの研究の結果は、無酸素/ FERに有酸素の地球化学と微生物特性への洞察を提供しますruginous chemocline。しかしながら、これらのサイトは、一般的に物理的にほとんど垂直ではなく湧昇システムで発生する化学インターフェースよりも^、14を混合して層化され、先カンブリア時間⁴に最も酸素生成をサポートすると考えられています。

無酸素雰囲気下に海洋酸素オアシスの開発を探索するためのナチュラルアナログ、および太陽に照らされた表面水柱中のFe（II）に富む湧昇システムで、現代の地球では使用できません。したがって、含鉄湧昇ゾーンをシミュレートし、また、シアノバクテリアとphotoferrotrophsの成長をサポートすることができる実験室のシステムが必要とされています。微生物プロセスと理解を促進し、完全に古代の地球上の独特の生物地球化学的プロセスを理解するために、岩のレコードから得られた情報を補完することができる先カンブリア時代海水を表し湧昇水性媒体との相互作用の理解と識別。 </p>

そのために、実験室規模の列はその中のFe（II）に富む海水培地（中性pH）はカラムの底部に注入した設計された、と上から送り出さ。照明は上位3 cm単位でシアノバクテリアの成長を支え4センチメートルワイド」透光層」を作成するために、頂部に設けられました。自然環境は、一般的に塩分濃度や温度などの物理化学的勾配、によって層別化及び安定化されています。実験室規模での水カラムを安定化させるために、カラムシリンダが実験中に発生地球化学的パターンの確立を維持するのに役立った多孔質ガラスビーズマトリックスを充填しました。連続的なN ₂ / CO ₂ガス流はGOE ¹⁵の前に海の反射無酸素雰囲気を維持するために、カラムのヘッドスペースをフラッシュするために適用しました。鉄の一定のフラックス（II）が成立した後、シアノバクテリアは、列全体に接種し、そしてそのgrowtましたHは、サンプリングポートを介して除去したサンプルの細胞計数によってモニターしました。酸素は、列シリンダの内壁に酸素感受性オプトード箔を配置することによって、 その場でモニターし、測定は、カラムの外部からの光ファイバを用いて行きました。水性鉄スペシエーションは、深さ分解水平サンプリングポートからサンプルを除去することによって定量し、フェロジン法で分析しました。大気から分離して維持され、古代の水柱の実験室規模のアナログは、達成可能であること – 非生物対照実験と結果は概念実証を示しています。シアノバクテリアが成長し、酸素を生じ、およびFe（II）と酸素との反応を解決しました。海洋シアノバクテリアシネココッカス属を接種しながらここで、設計、準備、組み立て、実行、およびそのような列のサンプリングのための方法論は、カラムの84時間の実行から結果とともに、提示されています。 PCC 7002。