《硅质热泉沉积物中古菌脂质的保存 地球多圈层熬油》

  • 来源专题:深海资源开发
  • 编译者: 徐冰烨
  • 发布时间:2025-05-24
  • 硅质热泉沉积环境至少在地球上已经存在了35亿年。这些环境被认为对生命的起源和早期演化至关重要,因为它们有助于有机化合物的积累和聚合。此外,在这些环境中形成的沉积物能够很好地保存生物材料的形态学结构,因此为研究古生态系统提供了重要的依据。值得注意的是,这些环境不仅与地球早期生命研究相关,还对火星等其他行星天体上的生命探寻具有重要意义,而硅质沉积物在这些地外环境中也已被发现。

    在成岩过程中,硅质热泉沉积物中可以保存微生物的形态结构。然而,微生物与硅质沉淀/聚合之间的关系仍然不明确。一些研究提出有机物提供了成核位点,而其他研究则支持硅质的非生物成因。尽管微生物在硅质形成中的作用尚存争议,但已有多项研究探讨了有机物在硅质热泉环境中的存在。其中部分研究强调了微生物脂类生物标志物在长时间尺度中的保存潜力,但也有观测表明硅质热泉环境中的有机物在数年到数千年内被降解。

    古菌是现代地球微生物群落的重要组成部分,尤其在硅质热泉系统等极端环境中高度富集。它们的起源可追溯到太古宙。类异戊二烯醚脂是古菌的细胞膜脂。保留原始醚键结构的古菌脂质,已在现代硅质热泉沉积物及受热液活动影响的更新世燧石中被成功提取。然而,目前尚未有研究报道从古老硅质环境中发现的古菌脂质记录。这可能是由于硅质热泉沉积物的地质记录稀少且常被忽视,因此可能存在采样偏差。来自其他环境的古菌脂质的成岩产物虽然存在,但在中生代之前的岩石中较为罕见,从而引发了关于古菌脂质存在“深时保存悖论”的假说。

    哥廷根大学地球科学中心地球生物学系和德国联邦地球科学与自然资源研究所的学者模拟了普遍存在的古菌脂质的成岩过程,包括古菌醇和类异戊二烯甘油二烷基甘油四醚(isoGDGTs),在存在/缺失初始无定形硅的条件下,通过将这些化合物置于金制反应舱中,在250°C和300bar压力下进行14天的加热实验。此外,还将这些化合物早期成岩行为与三硬脂酸甘油酯进行了比较。研究结果提供了关于古菌醇和isoGDGTs在硅质存在条件下的成岩演化规律,从而为理解这些广泛使用的生物标志物在硅质热泉系统中的长期保存机制提供了新的认识。

  • 原文来源:https://mp.weixin.qq.com/s/nahF57fQ7mmAG-I0Xbuz3A
相关报告
  • 《《Nature》:如何在岩石和沉积物中封存有机碳》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2019-06-25
    • 伍兹霍尔海洋研究所(简称WHOI)和哈佛大学研究人员的一项研究可能有助于解决一个长期存在的问题—如何将少量有机碳锁在岩石和沉积物中,防止其分解。哈佛大学博士后研究员、该研究的主要作者Jordon Hemingway提到,确切了解这一过程是如何发生的,可以帮助解释为什么大气中的气体混合物长期保持稳定,这项研究成果已经发表在6月14日的《自然》(Nature)杂志上。 Hemingway指出,大气中的二氧化碳(CO2)是一种无机形式的碳。植物、藻类和某些类型的细菌可以将二氧化碳排出空气,并将其用作体内糖、蛋白质和其他分子的结构单元。在光合作用过程中发生的过程将无机碳转化为“有机”形式,同时将氧气释放到大气中。当这些生物死亡时会发生逆转:微生物开始分解它们的身体,消耗氧气并将二氧化碳释放回空气中。地球保持适宜居住的关键原因之一是这种化学循环略有不平衡。由于某种原因,一小部分有机碳不会被微生物分解,而是在地下保存数百万年。 如果它完全平衡,那么大气中的所有游离氧气都会在产生时迅速消耗。为了留住氧气,一些有机碳必须封存在无法分解的地方。根据现有证据,研究人员已经提出了两个碳能够被存留下来的可能的原因。第一种称为“选择性保存”,表明一些有机碳分子可能很难被微生物分解,因此一旦所有其他分子分解,它们在沉积物中保持不变。第二种称为“矿物保护”假说,指出有机碳分子可能会与它们周围的矿物形成强烈的化学键 - 如此强烈以至于细菌无法将它们吸走并“吃掉”它们。 Hemingway提到,从历史上看,很难弄清楚哪个过程占主导地位。目前用于有机地球化学的工具不够灵敏。在这项研究中,他转向了一种称为“斜坡热解氧化”(RPO)的方法来测试来自全球各地沉积物样品的假说。使用专门的烤箱,他将每个样品的温度稳定地升高到接近1000摄氏度,并测量它在加热时释放的二氧化碳量。在较低温度下释放的CO2代表具有相对弱化学键的碳,而在高温下释放的碳表示强力键,其需要更多能量来破坏。他还使用碳定年方法测量了二氧化碳的年龄。 他还提到,由于选择性而保留有机分子(因为微生物无法将其分解),预计样品中的粘合强度会非常窄。微生物会腐蚀其余部分,只留下一些顽固的有机碳,。但实际上粘合强度的多样性随着时间的推移而增长而不是缩小,这表明各种有机碳类型正在被保留。这意味着他们正在获得对周围矿物的保护。 他也在样本中看到了一种支持他的发现的模式。像在河流出口处发现的那些细粘土具有比粗糙或沙质沉积物更高的碳键多样性,这表明细小的沉积物提供了更多的表面积,有机碳可以附着在其上。 WHOI的生物地球化学家、该论文的共同作者Valier Galy提到,如果从新罕布什尔州拿走花岗岩并将其分解,你会得到一种沙子。那些谷物相对较大,因此没有那么多的表面可以与有机物质相互作用。真的需要通过表面的化学风化产生的细小沉积物,如页硅酸盐粘土。虽然这项工作为有机碳机制提供了强有力的证据,但还有很多其他因素(如环境温度)需要考虑。 (傅圆圆 编译) 图片源自网络
  • 《中国科学院海洋所浅海表层沉积物再悬浮对颗粒物沉降影响甄别研究获突破》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2019-06-13
    • 最近,海洋所宋金明、袁华茂课题组通过沉积物捕捉器采集胶州湾沉降颗粒物,揭示了再悬浮颗粒物占总沉降颗粒物的比例并识别出影响再悬浮的环境因子,校准了颗粒态生源指标的沉降通量和甄别出再悬浮条件下生源要素的内部循环机制,对阐明海洋生物地球化学过程对气候和海洋生态环境的变化的响应具有重要的科学意义,研究成果分别发表在Chemosphere, Marine Pollution Bulletin, Journal of Marine Systems等学术期刊。   胶州湾水动力环境较为紊乱,沉降颗粒物中表层沉积物再悬浮比例超过90%。受水动力影响,胶州湾可通过水平迁移选择性地将化学组分已经改变的细颗粒物质再次注入水体,进一步改变颗粒物的化学组成并应向水体化学物质的选缓和供给。多种生源要素指标受再悬浮作用的影响,其颗粒物的浓度显著高于沉积物,利用再悬浮比例进行有机质沉降通量的校正之后,初次沉降通量比实测沉降通量小两个数量级。在秋季、冬季低初级生产条件下产生的新鲜生源颗粒在海底的保存率较低,最大仅为28.3%,新形成的生源颗粒在最终形成沉积物之前,经历了5-12个甚至更高强度的再悬浮循环。有机质矿化所释放的磷大多以自生碳酸盐氟磷灰石形式沉淀,表层沉积物的有效态磷所占份额比颗粒物低,即来源于表层沉积物的再悬浮颗粒物中磷的生物有效性会显著降低。   沉降颗粒物是近岸环境中重要的痕量元素“汇”,一是有机质-Fe的聚合体对水体痕量元素具有很强的清除能力,二是沉降的生源颗粒中痕量元素比主量元素更易被再矿化,强烈的再悬浮作用加速了颗粒物物质的循环,生源颗粒的降解对痕量元素的净释放和Fe/Mn氧化物结合相的清除作用明显。对胶州湾表层沉积物再悬浮以及沉降颗粒物的系统研究,对诠释强人为活动影响下浅海的生态环境变化机制以及资源环境的可持续利用意义重大。   该研究得到了国家973课题、国家基金与山东省联合基金以及青岛海洋试点国家实验室项目资助。刘瑾博士为第一作者,宋金明研究员为通讯作者。 论文列表:   [1]. Liu, J., Song, J., Yuan H., Li X., Li N., Duan L. (2019). Trace metal comparative analysis of sinking particles and sediments from a coastal environment of the Jiaozhou Bay, North China: Influence from sediment resuspension. Chemosphere 232:315-326   [2]. Liu, J., Song, J., Yuan H., Li X., Li N., Duan L. (2019). Rare earth element and yttrium geochemistry in sinking particles and sediments of the Jiaozhou Bay, North China: Potential proxy assessment for sediment resuspension. Marine Pollution Bulletin, 144: 79-91   [3]. Liu, J., Song, J., Yuan H., Li X., Li N., Duan L. (2019). Biogenic matter characteristics, deposition flux correction and internal phosphorus transformation in Jiaozhou Bay, North China. Journal of Marine Systems, 196: 1-13