Новости

May 14, 2023

К идентификации гуминовых лигандов, связанных с транспортом железа через градиент солености

Научные отчеты, том 12,

Том 12 научных докладов, номер статьи: 15545 (2022 г.) Цитировать эту статью

929 Доступов

2 цитаты

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Гуминовые лиганды бореальных рек были идентифицированы как важные источники железосвязывающих лигандов для прибрежной морской среды, но остаются плохо охарактеризованными. Новый метод с использованием инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) был использован для идентификации и количественного определения железосвязывающих лигандов, присутствующих в бореальной реке в Ньюфаундленде, Канада. От 20 до 35% общего количества железа прошло через искусственный градиент солености и осталось в растворе при солености 35%. Используя FTIR в сочетании с линейной регрессией и двумерным корреляционным анализом, мы идентифицировали два пула органических лигандов с различным поведением в отношении железа в градиенте солености. Пул более слабых лигандов состоял из алкенов, простых и сложных эфиров, и было обнаружено, что он выделяет железо для флокуляции при низкой солености и не способствует переносу железа в морскую среду. Более сильная лигандная группа содержала карбоновые кислоты и алифатические функциональные группы. Эта группа, по-видимому, содержит две подгруппы: одна способна удерживать железо в растворенной фазе при солености 35, а другая флокулирует вместе с железом поперек градиента солености. Сильные лиганды, которые удерживают железо в растворе в условиях градиента солености, обеспечивают столь необходимый источник микроэлементов для прибрежной и морской среды, в то время как другая подгруппа связывает железо и углерод в отложениях эстуариев. Баланс между этими двумя подгруппами, по-видимому, контролируется гидрографическими и погодными условиями на момент отбора проб, что позволяет предположить динамические взаимоотношения между лигандом и железом в течение года, оказывая разное влияние на биогеохимические циклы как железа, так и углерода.

Железо является ключевым элементом, влияющим на продуктивность океана и глобальные биогеохимические циклы1,2. Он используется фитопланктоном для фиксации азота, фотосинтеза и дыхания1,3 и, как было показано, играет роль в секвестрации углерода путем ассоциации с органическими веществами в отложениях, защищая углерод от микробной деградации и, таким образом, увеличивая долгосрочное хранение углерода4. ,5. Важность железа в глобальном масштабе для биологической продуктивности и глобальных циклов стимулировала многочисленные исследования, направленные на лучшее понимание источников, использования и того, как изменяющиеся физико-химические условия влияют на его распределение.

Несмотря на свою важность, растворенное железо существует в морской среде в очень низких концентрациях из-за его низкой растворимости и может быть ограничивающим питательным веществом для обширных территорий океана2. Считается, что основными источниками поступления железа в океан являются атмосферные отложения и гидротермальные источники1,2. Большая часть железа, обнаруженного в морской среде, не является свободным железом, а остается в растворе в результате комплексообразования с органическими лигандами6. Эти лиганды могут происходить из различных источников, таких как сидерофоры, гуминовые вещества, экзополимеры, порфирины и сахариды6,7,8. Гуминовые лиганды, подгруппа так называемых «гуминовых веществ», происходят из земной и морской среды и в некоторых регионах составляют значительную часть общего пула железосвязывающих лигандов9,10,11,12,13. Гуминовые лиганды, как и все растворенные органические вещества наземного или морского происхождения, обычно плохо охарактеризованы с молекулярной точки зрения. Гуминовые лиганды наземного происхождения могут выступать в качестве источника речного железа в морской среде, особенно в регионах, на которые сильно влияют речные поступления, таких как прибрежные регионы10,13 и даже регионы открытого океана, такие как Трансполярное дрейфующее течение в Северном Ледовитом океане, которое было показано, что он является основным источником земных микроэлементов и органических веществ14,15.

Несмотря на небольшой процент общего количества морского железа, речное железо недавно было признано важным источником из-за его повышенной биодоступности9,16,17,18. Необходимость понимания механизмов контроля и транспортировки железа играет ключевую роль в лучшем понимании океана. производительность. Речное железо ранее игнорировалось как важный источник железа для морской среды, поскольку большая часть речного железа теряется в результате флокуляции по градиенту солености и впоследствии захоранивается в отложениях эстуариев19. Исторически считалось, что 95% содержания железа в реке теряется через устье реки, но за счет образования комплексов с гуминовыми лигандами, как показывают более поздние исследования, до 20% общего количества растворенного железа может переноситься через градиент солености в океан16,18. 19. Увеличение содержания железа может нарушить местную морскую среду и далее, вызывая потемнение и повышение продуктивности2,20.