及时收回科学家的脂肪

使用骨在北极看到的是“一个可怕的前景”西蒙带,环境化学家在英国普利茅斯大学。包在一个红色的救生服,在温度下降到-20˚C,他努力保持足够的灵活性来降低快速和精确。“我们试图削减一些滑与一个工具,将你的手,“带说,回忆把底部从圆柱形海冰的“核心”。他的团队是狩猎硅藻藻类生活在多孔结构底部的冰,希望解开地球极地的历史。

这次冒险之际,带的团队追求追求受碳氢化合物分子中异常从水体沉积物沉淀。这些沉积物包含数千种不同的化学物质,带说。一个神秘组织的高度支化类异戊二烯物质不断出现在气相色谱(GC)分析该地区知名的直链烷烃。“问题是,他们是什么?“带问道。答案,事实证明,是一种新型的阿森纳脂肪由微生物和植物化学物质使科学家能够重建数百万年的气候。

脂肪挥之不去的环境中开始门户过去由于GC技术的进步在1970年代和1980年代使他们的身份。关键步骤之一是克服最初的分子大小的限制,可以确定,伊丽莎白赛克斯回忆,海洋有机地球化学家在新泽西州罗格斯大学,我们。“认为一个GC烤箱内部的一列——长管气体穿过它,”她说。列是由硅和涂层内部的介质分子能够坚持,允许他们根据他们的顽强分离抓住。“你得样品——你通常注射,”赛克斯说。但真的长链,高沸点化合物用于把注射器的双方——你不能让他们足够热。”

现在荣誉研究员约翰•Volkman澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO),腾出时间通过浸渍白手起家的列直接进入他的样本。然后在英国布里斯托尔大学的工作,使用这种方法,他孤立的一个新类alkenone 37-39碳分子,只有生产Emiliania huxleyi藻类。Volkman布里斯托尔的研究人员后来意识到分子变得不那么饱和—也就是说,他们包含增加的双键的数目——冷温度藻类。¹

我不能相信这不是泥

化学变化反映藻类适应不同的水温,杰西卡·蒂尔尼解释说,美国亚利桑那大学的古气候学家。的想法从微生物的角度来看是保持他们的脂质最佳液体。不饱和分子有更低的熔点,因此在冷温度下更可取。这里的类比是黄油和油:在室温下,黄油是一个坚实的饱和脂肪,而石油是一种不饱和脂肪。在较低温度下微生物需要更多的“油状脂质保持膜流动性。”

把泥含有死海藻变成一个温度指数准确足够用来传播,现在叫你^k′₃₇,这些脂质结构的变化对温度校准。“传统上我们测量指数在现代海洋沉积物沉积相对最近,”Tierney解释道。我们大约有1000人在全球海洋沉积物,我们知道从观测上覆海表面温度。科学家们可以与措施的饱和度结构温度。

赛克斯开始与你合作^k′₃₇建议作者明确的初始校准,但被挫败的,因为它只下降到15˚C。她想用它在南极附近,所以联手Volkman校准寒冷的温度。²今天,你^k′₃₇是足够成熟的温度估计精确到1˚C。,使有用的比较海洋表面温度记录基于生物的贝壳有孔虫氧同位素,比较赛克斯称“很有趣”。

在南极海洋有孔虫代理通常表明它是冷过去比alkenones,由两个或三个度,”赛克斯说。“因为他们四时不同吗?现代工作有孔虫都在早春开花,大肠huxleyi在春末或夏初开花。一种解释是,弹簧是比夏天凉爽在过去。告诉我们一些关于气候的不仅仅是“这是X度”。真正让我感兴趣。

这些alkenones也体现环境历史的其他重要方面,增加了凯特·弗里曼有机地球化学家在美国宾夕法尼亚州立大学。因为大肠huxleyi他们从空气中吸收二氧化碳,alkenones记录时气体的浓度增加。在光合作用中,植物会选择性地吸收二氧化碳包含碳12碳13同位素。因此,大气中的二氧化碳浓度较高数量的碳13创建更大的差异在无机和有机物质。

GC跟踪这个小道通过时间需要再加上质谱,弗里曼说,但不是那种有效重分子离开色谱仪来识别它们。相反我们燃烧分子将它们转换为二氧化碳,并发送,二氧化碳同位素质谱仪,”弗里曼说。,允许非常高精度碳12和碳13丰度的测量。”1990年,这种isotope-focussed方法产生了二氧化碳记录匹配前一个来自泡沫冰核中。这表明,在过去的100000年里,大气中二氧化碳的浓度不超过280 ppm。³2016年,由人为排放,大气浓度超过400 ppm。

麻烦在海上

更不寻常的脂肪从沉积物中提取成为另一个“paleothermometer”由Stefan思和他的同事们NIOZ,荷兰皇家海洋研究所。思腾在NIOZ博士在1990年代分析不寻常的甘油二烷基甘油四醚脂质(GDGTs)包含五元碳环,然后认为源自微生物产甲烷古菌。然而,当思一直寻找GDGTs在不可能的地方,他意识到他们是来自更广泛古生菌的物种,普遍海洋浮游生物。困惑为什么GDGT大量高压液相色谱(HPLC)所示不同在不同位置NIOZ团队突然意识到:这是由于温度。

”这些GDGTs古生菌细胞膜的一部分,”Tierney解释道,构建块在生物体的外墙。以类似的方式允许alkenone变化大肠huxleyi适应膜流动性,古生菌GDGTs五方戒指在温暖的水温。

索引,这催生了会被称为特克斯_86年命名特塞尔绵羊,荷兰岛NIOZ位于。⁴Tierney访问NIOZ因为思和他的同事们有初步证据表明,特克斯_86年在湖泊在非洲工作,她专门研究。在这工作,她也超越微生物产生的脂肪分子提供更多历史气候信息不仅仅是温度。为此,她向非洲之角,一个区域为研究邮轮参观不再被视为安全。

沉积物Tierney分析来自亚丁湾、索马里海岸附近,2001年3月,自杀式炸弹袭击者杀害17号科尔水手几个月前。收集它的贵重货物,荷兰研究船R / V珀拉吉娅不得不偷偷在沉默,没有任何灯光。沉淀物收集该地区停止了仅仅几个月后,当我们研究船莫里斯·尤因被海盗袭击——失败——携带ak - 47步枪和火箭筒。

宝贵的沉积物包含古老植物叶片蜡洗净,过去降雨提供了线索。蜡降解缓慢,因此在沉积物保存完好。同时氢原子之间的平衡及其重同位素氘,在蜡不同,氘含量越高表明一个干燥的时期。田世福参考建立蜡形成时,创造了一个记录的降雨在东非,到达最后一个冰河时代。该地区从潮湿的转向和数百年的时间,这对预测有重要意义的干旱和饥荒地区,她说。⁵

单一不饱和的信息

这样的生物标记已经提供部分历史气候的知识,带和他的同事们希望高度支化的类异戊二烯可以提供另一个。思的作品与特克斯_86年,发现生物产生它们很重要。Volkman到达那里在普利茅斯的科学家之前,确定两组硅藻微藻,Haslea,Rhizosolenia。使皮带和他的同事确定另一个重要的未知:化合物的精确的分子结构。“我们成长Haslea在更大的量,提取化学物质,和结构制定了他们,”他解释说。他们都有一个相同的框架,只有在未饱和的程度不同,像alkenones。”

虽然装备种类和结构,普利茅斯团队最初无法获得任何有用的环境信息。”然后我们而意外地偶然发现了一个物种,当我们成长在不同的温度下,有一个系统的不饱和度的变化,“带说。在25˚C、化学形式有四个双键,当你得到三个下降,5点˚C得到两个异构体,所以我们提出,在海冰温度,你会得到一个不饱和的化学物质。但生物,使得这些不会增长0˚C在实验室,所以我们去了北极,得到了海洋冰核,我们知道有硅藻生活。果然我们发现单不饱和化学,我们称之为IP25。”⁶

在过去的几年里,知识IP25只是在海冰帮助构建覆盖在北极的记录达到久远。“我们已经表明,海冰扩张其现代分布在260万年前所谓的上新世更新世边界,“带说。⁷北极去年有过无冰的夏季在此之前。”⁸奇怪的是,没有找到IP25在南极,即使海冰-硅藻栖居于它周围的大陆。然而,带的团队发现了一个相关的脂质,IPSO25,打开门解体的历史在未来南极海冰。⁹

继续搜索

研究脂肪环境分子也支付商业红利,弗里曼解释道。产生的碳同位素分析技术用于石油和天然气勘探,她说。的指纹,如果你有油迁移从源岩,它来自你找出哪些摇滚基于生物标记和生物标记同位素资料,”弗里曼说。这是用于勘探和迁移和污染的研究。食品味道行业用它广泛用于法医的真实性评估也是在特定应用程序和药物测试。运动员身体使用类似的化合物,可以区别于你的身体和外部源的同位素签名。”

宾夕法尼亚州立大学的科学家仍然着迷于分子能告诉我们关于地球上生命的历史。一些有趣的地方,我们想研究没有大量的有机物质守恒的,”她说。我一直工作在过去15年在古土壤,这是疯狂的——它是艰难的,因为很少的材料。“弗里曼也在研究分子可能有助于评估森林的树冠的报道。当她工作会议提出,古总问是否可以转换为测量环境变量在顶部的愿望清单,云层。我们没有办法评估,所以这将是非常重要的,”她说。

思,与此同时,也不断地寻找新的代理,如富硫分子只在森林火灾形成的。我想用这个过去的植被重建记录火灾和气候是如何的一个因素,”他说。我还拼命发展代理等重建过去的温室气体二氧化碳和甲烷,但是这非常艰难,没有非常成功。”

地球化学家从开始寻找新的代理通过识别有趣的未知环境中的分子,思说。这些天人们经常去相反的方向。我们首先检查有趣的微生物催化重要的环境的过程。希望之后我们发现独特的脂质然后制定敏感分析方法来跟踪他们回到古代沉积物。

仍然是很重要的,这样的工作仍然因为人类知道太少地球过去的气候变化,以及它如何反应,NIOZ研究员解释道。他相信许多未被发现的可能性依然存在。我们的分析窗口扩大,因为技术的进步,“思说。不过,他承认,过去气候产生的估计很难使用,因为他们往往不够准确。“所有气候定量代理是有缺陷的,常常不佳。”

然而,含有脂肪记录通常是尖子,Tierney集锦。尽管有不确定性相关的生物学和其他因素,他们是最好的paleothermometers,”她说。令人惊讶的是,我们可以使用它们来找出热或冷这是1000年前到5000万年前。我进入这个的原因是我很惊讶,它真的有用。很酷,我们可以用死肥泥了解气候变化。它仍然是惊人的。”

安迪Extance在埃克塞特是一个基于科学作家,英国