研究人員從各層取水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。湖泊信用:uux.cn/伊麗莎白·斯萬納，揭示重慶外圍女在線（微信181-8279-1445）預(yù)約自帶工作室外圍上門外圍女不收任何定金抄送
（神秘的億年地球uux.cn）據(jù)對(duì)話（伊麗莎白·斯萬納）：明尼蘇達(dá)州伊塔斯卡州立公園的游客并不太注意小明湖。在附近的前氧氣何伊塔斯卡湖，密西西比河的大氣源頭，有更好的中積劃船方式。我和我的累起同事們需要操縱數(shù)百磅的設(shè)備，沿著一條被夏末毒藤弄得很窄的個(gè)分隱蔽路徑下水劃船。
但是湖泊，對(duì)我這個(gè)對(duì)24億年前大氣中氧氣是揭示如何形成的感興趣的地球化學(xué)家來說，不大的億年戴明湖提供的東西比看上去的要多。戴明湖深層缺氧是前氧氣何這個(gè)小水體與早期地球海洋的共同之處。
在我們每年的大氣幾次探險(xiǎn)中，我們都劃船到湖的中積最深處——超過60英尺(18米)，盡管湖面只有13英畝。我們拋下錨，把我們的船連接成一個(gè)小艦隊(duì)，為未來的重慶外圍女在線（微信181-8279-1445）預(yù)約自帶工作室外圍上門外圍女不收任何定金工作做好準(zhǔn)備。
戴明湖是部分混合的，這個(gè)詞來自希臘語(yǔ)，意思是僅僅部分混合。在大多數(shù)湖泊中，每年至少有一次，由于風(fēng)和季節(jié)性溫度變化影響水的密度，頂部的水下沉，而底部的水上升。但是戴明湖最深的水從來沒有到達(dá)水面。這阻止了表層水中的氧氣混入深層。
不到1%的湖泊是部分溶解型的，大多數(shù)都有稠密的含鹽底層水。戴明湖的深水不是很咸，但是在湖底的鹽中，鐵是最豐富的。這使得戴明湖成為最罕見的部分融合型湖泊之一。
湖面風(fēng)平浪靜，在這個(gè)涼爽無云的八月早晨，靜止的空氣是如此美妙。我們放下一個(gè)2英尺長(zhǎng)的水泵，它拴在一根連著四個(gè)傳感器的電纜上。傳感器測(cè)量我們遇到的每一層水中的溫度、含氧量、pH值和葉綠素含量。我們把水從最有趣的層抽到船上，裝滿無數(shù)的瓶子和管子，每一個(gè)都被指定用于不同的化學(xué)或生物分析。
我和我的同事已經(jīng)回到戴明湖，探索微生物如何適應(yīng)并改變?cè)缙诘厍颦h(huán)境的問題。在我們星球的大部分歷史中，只有微生物居住。大氣和海洋深處沒有多少氧氣，但它們有很多鐵，就像戴明湖一樣。通過調(diào)查戴明湖的微生物在做什么，我們可以更好地了解數(shù)十億年前它們?nèi)绾螏椭厍虻拇髿夂秃Ｑ筠D(zhuǎn)變成現(xiàn)在的樣子。
一層一層，進(jìn)入湖中
25億年前，海水中含有足夠的鐵，形成了今天全球分布的生銹鐵礦床，稱為帶狀鐵礦層，為現(xiàn)代全球鋼鐵工業(yè)提供鐵。如今，海洋中只有微量的鐵，卻有豐富的氧氣。在大多數(shù)水中，鐵和氧是對(duì)立的。鐵和氧之間快速的化學(xué)和生物反應(yīng)意味著當(dāng)另一個(gè)存在時(shí)，你不能有太多的一個(gè)。
早期大氣和海洋中氧氣的上升是由于藍(lán)藻。這些單細(xì)胞生物至少出現(xiàn)在25億年前。但是大約花了20億年，它們通過光合作用產(chǎn)生的氧氣才達(dá)到允許第一批動(dòng)物出現(xiàn)在地球上的水平。
戴明湖上的研究人員的船。信用:uux.cn/伊麗莎白·斯萬納，抄送
在戴明湖，我和我的同事特別注意葉綠素讀數(shù)跳躍的水層。葉綠素是使植物變綠的色素。它利用陽(yáng)光能量將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣和糖。戴明地表下近20英尺(6米)處，葉綠素存在于藍(lán)細(xì)菌和光合藻類中，而不是植物中。
但是關(guān)于這一層奇怪的事情是，我們沒有檢測(cè)到氧氣，盡管這些產(chǎn)氧生物非常豐富。這是鐵濃度開始攀升到湖底高水平的深度。
我們對(duì)這個(gè)高葉綠素、高鐵和低氧層特別感興趣，因?yàn)樗赡苡兄谖覀兞私馑{(lán)藻在古代海洋中的生活狀況，它們的生長(zhǎng)狀況以及它們產(chǎn)生的氧氣量。
我們懷疑藍(lán)藻在戴明湖這個(gè)深度聚集的原因是那里比湖的頂部有更多的鐵。就像人類的紅細(xì)胞需要鐵一樣，藍(lán)藻也需要大量的鐵來幫助催化光合作用的反應(yīng)。
我們無法在這一層中測(cè)量任何氧氣的一個(gè)可能原因是，除了藍(lán)細(xì)菌，這里還有很多其他細(xì)菌。在幾天的漫長(zhǎng)生命后，藍(lán)細(xì)菌死亡，其他細(xì)菌以它們的殘骸為食。這些細(xì)菌會(huì)像火燒穿木頭一樣，迅速耗盡仍在進(jìn)行光合作用的藍(lán)細(xì)菌產(chǎn)生的氧氣。
根據(jù)水的混濁程度，我們知道這里有很多細(xì)菌，當(dāng)我們?cè)陲@微鏡下觀察一滴水時(shí)，我們就能看到它們。但是除了測(cè)量氧氣水平，我們需要另一種方法來測(cè)量光合作用。
長(zhǎng)期運(yùn)行的湖邊實(shí)驗(yàn)室
光合作用的另一個(gè)重要功能是將二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖，最終用于制造更多的細(xì)胞。我們需要一種方法來跟蹤新糖是否正在生成，如果是，是否是由光合藍(lán)細(xì)菌生成的。因此，我們?cè)诓Ａ恐醒b滿來自這個(gè)湖層的水樣，并用橡皮塞密封。
我們驅(qū)車3英里回到伊塔斯卡生物站和實(shí)驗(yàn)室，在那里我們將建立我們的實(shí)驗(yàn)。該站于1909年開放，是我們本周的大本營(yíng)，提供舒適的小屋、溫暖的飯菜和這個(gè)實(shí)驗(yàn)室空間。
在實(shí)驗(yàn)室里，我們向玻璃瓶中注入攜帶同位素示蹤劑的二氧化碳。如果藍(lán)細(xì)菌生長(zhǎng)，它們的細(xì)胞將結(jié)合這種同位素標(biāo)記。
研究人員將傳感器傳來的數(shù)據(jù)記錄在防水的野外筆記本上。信用:uux.cn/伊麗莎白·斯萬納
我們?cè)谠O(shè)計(jì)問題和實(shí)驗(yàn)時(shí)得到了一些幫助。明尼蘇達(dá)大學(xué)參加夏季野外課程的學(xué)生在伊塔斯卡州立公園收集了幾十年的數(shù)據(jù)。一位勤奮的大學(xué)圖書館員對(duì)數(shù)千份學(xué)生的期末論文進(jìn)行了數(shù)字化處理。
我和我的學(xué)生仔細(xì)閱讀了有關(guān)戴明湖的論文，其中許多論文試圖確定富含葉綠素層中的藍(lán)細(xì)菌是否在進(jìn)行光合作用。雖然大多數(shù)人回答是，但這些學(xué)生只測(cè)量了氧氣，并得到了模棱兩可的結(jié)果。我們使用的同位素示蹤劑實(shí)施起來更棘手，但會(huì)給出更清晰的結(jié)果。
那天下午，我們回到了湖上。我們拋下錨；繩子上系著一個(gè)透明的塑料袋，里面裝著密封的瓶裝湖水，現(xiàn)在已經(jīng)用同位素示蹤劑進(jìn)行了修正。它們會(huì)在富含葉綠素的層過夜，我們會(huì)在24小時(shí)后取回它們。超過這個(gè)時(shí)間，同位素標(biāo)記可能會(huì)出現(xiàn)在吃垂死藍(lán)藻的細(xì)菌中，而不是藍(lán)藻本身。我們把繩子系在一個(gè)漂浮的浮標(biāo)上，然后返回空間站的餐廳吃晚餐。
鐵、葉綠素、氧氣
第二天早上，當(dāng)我們等待瓶子完成孵化時(shí)，我們從湖的不同層收集水，并加入一些化學(xué)物質(zhì)，殺死細(xì)胞，但保留它們的身體。我們將在顯微鏡下觀察這些樣本，以確定水中有多少藍(lán)藻，我們將測(cè)量藍(lán)藻中有多少鐵。
這說起來容易做起來難，因?yàn)槲覀儽仨毷紫葘⑺械摹搬槨?藍(lán)細(xì)菌)從“干草”(其他細(xì)胞)中分離出來，然后清除藍(lán)細(xì)菌外部的任何鐵。回到愛荷華州立大學(xué)，我們將把單個(gè)細(xì)胞一個(gè)接一個(gè)地射進(jìn)火焰中，將它們燒成灰燼，釋放出它們所含的所有鐵，這樣我們就可以對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。
我們的科學(xué)直覺或假設(shè)是，生活在富含葉綠素和鐵的層中的藍(lán)細(xì)菌比生活在湖泊頂層的藍(lán)細(xì)菌含有更多的鐵。如果是這樣的話，這將有助于我們確定更多的鐵是生活在更深更暗的一層的動(dòng)機(jī)。
這些實(shí)驗(yàn)不會(huì)告訴我們?yōu)槭裁吹厍蚧诉@么長(zhǎng)時(shí)間來積累氧氣的全部故事，但它們將幫助我們了解其中的一部分——氧氣可能在哪里產(chǎn)生，為什么會(huì)產(chǎn)生，以及氧氣在那種環(huán)境下發(fā)生了什么。
對(duì)于那些對(duì)其平靜的表面下發(fā)生的事情好奇的人來說，戴明湖正迅速成為其自身的吸引力——這可能會(huì)告訴我們新的生命形式是如何在很久以前在地球上扎根的。
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