stringtranslate.com

Биогеохимия изотопов серы

Биогеохимия изотопов серы - это изучение распределения изотопов серы в биологических и геологических материалах. Помимо общего изотопа 32 S, сера имеет три редких стабильных изотопа: 34 S, 36 S и 33 S. Распределение этих изотопов в окружающей среде контролируется многими биохимическими и физическими процессами, включая биологический обмен, минералообразование. процессы и химия атмосферы. Измерение содержания стабильных изотопов серы в природных материалах, таких как бактериальные культуры, минералы или морская вода, может дать информацию об этих процессах как в современной окружающей среде, так и в истории Земли. [1]

Фон

Природное содержание изотопов серы

Гистограмма, показывающая естественное содержание 32 S, 33 S, 34 S и 36 S на Земле.

Сера имеет 24 известных изотопа , [2] 4 из которых стабильны (это означает, что они не подвергаются радиоактивному распаду ). [3] 32 S, общий изотоп серы, составляет 95,0% природной серы на Земле. [2] В атомном символе 32 S число 32 относится к массе каждого атома серы в дальтонах , результату 16 протонов и 16 нейтронов по 1 дальтону каждый, которые составляют ядро ​​серы. Три редких стабильных изотопа серы: 34 S (4,2% природной серы), 33 S (0,75%) и 36 S (0,015%). [4] Эти изотопы отличаются от 32 S числом нейтронов в каждом атоме, но не числом протонов или электронов ; в результате каждый изотоп имеет немного разную массу, но почти идентичные химические свойства. [3]

Физическая химия

Небольшие различия в массе между стабильными изотопами одного и того же элемента могут привести к явлению, называемому «изотопным эффектом», когда более тяжелые или более легкие изотопы преимущественно включаются в различные природные материалы в зависимости от химического состава или физического состояния материалов. [5] Изотопные эффекты делятся на две основные группы: кинетические изотопные эффекты и равновесные изотопные эффекты . [5] Кинетический изотопный эффект возникает, когда реакция необратима, то есть реакция протекает только в направлении от реагентов к продуктам. [3] [5] Кинетические изотопные эффекты вызывают изотопное фракционирование — то есть они влияют на изотопный состав реагентов и продуктовых соединений — потому что различия в массах между стабильными изотопами могут влиять на скорость химических реакций. [5] Для достижения переходного состояния реакции требуется больше энергии, если соединение имеет связи с более тяжелым изотопом, что приводит к более медленной реакции соединения с более тяжелыми изотопами. [5] Обычные кинетические изотопные эффекты приводят к тому, что более легкий изотоп (или изотопы) предпочтительно включается в продукт реакции. [5] Тогда говорят, что продукты «обеднены» тяжелым изотопом по сравнению с реагентом. [3] В редких случаях могут возникать обратные кинетические изотопные эффекты, когда более тяжелый изотоп предпочтительно включается в продукт реакции. [5] [6]

Эффекты равновесных изотопов вызывают фракционирование, поскольку тяжелым изотопам химически более выгодно участвовать в более прочных связях. [5] Равновесный изотопный эффект возникает, когда реакция находится в равновесии, а это означает, что реакция может происходить в обоих направлениях одновременно. [3] Когда реакция находится в равновесии, тяжелые изотопы будут преимущественно накапливаться там, где они могут образовывать наиболее прочные связи. [3] Например, когда вода в запечатанной, наполовину наполненной бутылке находится в равновесии с паром над ней, более тяжелые изотопы 2 H и 18 O будут накапливаться в жидкости, где они образуют более прочные связи, в то время как более легкие изотопы 1 H и 16 O будут накапливаться в парах. [7] Тогда говорят, что жидкость «обогащена» тяжелым изотопом по сравнению с паром. [3]

Расчеты

Обозначение дельты

Различия в распространенности стабильных изотопов среди природных материалов обычно очень малы (природные различия в соотношении редкого и распространенного изотопа почти всегда ниже 0,1%, а иногда и значительно меньше). [5] Тем не менее, эти очень небольшие различия могут фиксировать значимые биологические и геологические процессы. Чтобы облегчить сравнение этих небольших, но значимых различий, содержание изотопов в природных материалах часто указывается относительно содержания изотопов в установленных стандартах. [3] [5] Соглашение о сообщении измеренной разницы между образцом и стандартом называется «дельта-нотацией». Например, представьте себе элемент X, для которого мы хотим сравнить редкий тяжелый стабильный изотоп с атомной массой A ( A X) с легким распространенным изотопом с атомной массой B ( B X). Содержание A X и B X в любом данном материале указывается с обозначением δ A X. δ A X для материала образца рассчитывается следующим образом: [5]

A R = (общая сумма A X)/(общая сумма B X)
δ A X образец = ( образец AR − стандарт AR ) / стандарт AR​

Значения δ чаще всего выражаются в частях на тысячу, что в изотопной химии обычно называют промилле и обозначают символом ‰. Чтобы указать значения δ в промилле, рассчитанное выше значение δ следует умножить на 1000:

δ A X образец ( ‰ ) = (( образец AR − стандарт AR ) / стандарт AR ) * 1000

Коэффициенты фракционирования

В то время как изотопный эффект — это физическая тенденция стабильных изотопов распределяться определенным образом, фракционирование изотопов — это измеримый результат этой тенденции. [5] Изотопное фракционирование естественного процесса можно рассчитать на основе измеренного содержания изотопов. Рассчитанное значение называется «коэффициентом фракционирования» и позволяет математически сравнивать влияние различных процессов на распределение изотопов. [5] Например, представьте себе химическую реакцию Реагент → Продукт. Реагент и продукт — это материалы, которые содержат элемент X, а X имеет два стабильных изотопа: A X (тяжелый изотоп с массой A) и B X (легкий изотоп с массой B). Коэффициент фракционирования элемента X в реакции Реагент → Продукт обозначается обозначением

Продукт /реагент α . α- продукт /реагент рассчитывается следующим образом: [5]
A α Продукт/Реагент = (δ A X Продукт + 1)/(δ A X Реагент + 1)

Коэффициенты фракционирования также могут быть указаны с использованием обозначения A ε Product/Reactant , которое иногда называют «коэффициентом обогащения» и рассчитывают следующим образом: [5]

A ε Продукт/Реагент = A α Продукт/Реагент − 1

Как и значения δ, значения ε можно указать в промилле, умножив на 1000.

Δ33S и Δ36Обозначение S

Все кинетические и равновесные изотопные эффекты возникают в результате различий в атомной массе. [3] [5] В результате реакция, которая фракционирует 34 S, также будет фракционировать 33 S и 36 S, а коэффициент фракционирования для каждого изотопа будет математически пропорционален его массе. [3] Из-за математических соотношений их масс наблюдаемые соотношения между δ 34 S, δ 33 S и δ 36 S в большинстве природных материалов составляют примерно δ 33 S = 0,515 × δ 34 S и δ 36 S = 1,90 × δ 34 S. [8] Редко естественные процессы могут создавать отклонения от этого соотношения, и эти отклонения обозначаются как значения Δ 33 S и Δ 36 S, обычно произносимые как «шапка-дельта». Эти значения обычно рассчитываются следующим образом: [3] [9]

Δ 33 S = 1000 × [(1 + δ 33 S/1000) − (1 + δ 34 S 1000) 0,518 − 1]
Δ 36 С = 1000 × [(1 + δ 36 С/1000) − (1 + δ 34 С/1000) 1,91 − 1]

Однако метод расчета значений Δ 33 S и Δ 36 S не стандартизирован и может различаться в разных публикациях. [10]

Образец метеорита Каньон Диабло. Первоначальным эталоном для измерения δ 34 S был минерал троилит (FeS), извлеченный из метеорита Каньон Диабло.

Справочные материалы

Согласованные эталонные материалы необходимы для того, чтобы сообщаемые значения δ были сопоставимы между исследованиями. Для системы изотопов серы значения δ 34 S приведены по шкале Диабло-Троилита Вена-Каньон (VCDT). [11] Исходная шкала CDT была основана на образце минерала троилита , извлеченного из метеорита Каньон Диабло в Метеоритном кратере , штат Аризона, США. [3] Тройлиту Каньон Диабло было присвоено значение δ 34 S, равное 0 ‰. [3] Однако позже было обнаружено, что троилит из метеорита Каньон Диабло имеет переменный изотопный состав серы. [12] В результате VCDT был признан гипотетическим эталонным изотопом серы со значением 34 R, равным 0,044151 [11] и δ 34 S, равным 0 ‰, но физического образца VCDT не существует. В настоящее время образцы сравниваются с эталонными материалами Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), которые представляют собой хорошо охарактеризованные, полученные в лаборатории соединения с известными значениями δ 34 S. [13] Обычно используемым эталонным материалом МАГАТЭ является IAEA-S-1, эталонный материал на основе сульфида серебра со значением δ 34 S -0,30‰ VCDT. [4] [14] Содержание 33 S и 36 S также можно измерить относительно эталонных материалов МАГАТЭ и сообщить по шкале VCDT. [13] Для этих изотопов также установлено, что VCDT имеет значения δ 33 S и δ 36 S, равные 0‰. [13] Значение 33 R VCDT составляет 0,007877, а значение 36 R составляет 0,0002. [13] IAEA-S-1 имеет значение 33 R, равное 0,0007878, и значение δ 33 S, равное -0,05‰ VCDT; его значение δ 36 S составляет -0,6‰ VCDT. [13]

Аналитические методы и приборы

Изотопный состав серы в природных образцах можно определить с помощью масс-спектрометрии элементного анализа с изотопным соотношением (EA-IRMS), [15] [16] с помощью масс-спектрометрии с двойным входным изотопным соотношением (DI-IRMS), [17] с помощью мульти- Масс-спектрометрия с коллекторно-индуктивно-связанной плазмой (MC-ICPMS), [18] с помощью масс-спектрометрии вторичных ионов (SIMS), [1] [19] или с помощью наномасштабной масс-спектрометрии вторичных ионов (NanoSIMS). [20] MC-ICPMS можно использовать в сочетании с газовой хроматографией (GC-MC-ICPMS) для разделения определенных летучих соединений в образце и измерения изотопного состава серы отдельных соединений. [21] [22]

Изотопный состав серы минералов и поровой воды в осадках подвержен накоплению и диффузии после захоронения. Модели реактивного транспорта часто используются для учета влияния таких физических процессов и выяснения изотопного эффекта изучаемого процесса. [23] [24] [25]

Естественные вариации содержания изотопов серы

Сера в природных материалах

Иллюстрация некоторых общих процессов в биогеохимическом цикле серы.

Сера присутствует в окружающей среде в твердых, газообразных и водных формах. К серосодержащим твердым веществам на Земле относятся распространенные минералы пирит (FeS 2 ), галенит (PbS) и гипс (CaSO 4 ·2H 2 O). Сера также является важным компонентом биологического материала , в том числе незаменимыми аминокислотами цистеином и метионином , витаминами группы В тиамином и биотином , а также вездесущим субстратом коэнзимом А. В океане и других природных водах сера присутствует в большом количестве в виде растворенного сульфата . Сероводород также присутствует в некоторых частях глубокого океана, где он выделяется из гидротермальных источников. И сульфат, и сульфид могут использоваться специализированными микробами для получения энергии или роста. [26] Газы, включая диоксид серы и карбонилсульфид, составляют атмосферный компонент цикла серы. Любой процесс, который переносит или химически преобразует серу между этими многочисленными природными материалами, также потенциально может привести к фракционированию изотопов серы.

Содержание изотопов серы в природных материалах

Естественный диапазон изотопного состава серы на Земле, модифицированный и упрощенный из Meija et al. (2013).

Сера в природных материалах может сильно различаться по изотопному составу: сборники значений δ 34 S природных серосодержащих материалов включают значения в диапазоне от -55 ‰ до 135 ‰ VCDT. [27] Диапазоны значений δ 34 S варьируются в зависимости от серосодержащих материалов: например, сера в тканях животных колеблется от ~ −10 до +20‰ VCDT, а сульфат в природных водах — от ~ −20 до +135. ‰ ВКДТ. [27] Диапазон содержания изотопов серы в различных природных материалах является результатом фракционирования изотопов, связанного с природными процессами, такими как образование и модификация этих материалов, которые обсуждаются в следующем разделе.

Процессы фракционирования изотопов серы

Многочисленные природные процессы способны фракционировать изотопы серы. Микробы способны к широкому спектру метаболизма серы, включая окисление, восстановление и диспропорционирование (или одновременное окисление и восстановление) соединений серы. [1] Влияние этих метаболизмов на изотопный состав серы реагентов и продуктов также сильно варьируется в зависимости от скорости соответствующих реакций, доступности питательных веществ, диагенеза и других биологических, физических и экологических параметров. [25] [28] [29] Например, микробное восстановление сульфата до сульфида обычно приводит к образованию продукта, обедненного 34 S, но было показано, что сила этого фракционирования находится в диапазоне от 0 до 65,6 ‰ VCDT. [28] [30]

Многие абиотические процессы также фракционируют изотопы серы. Небольшие фракционирования со значениями ε от 0–5 ‰ наблюдались при образовании минерального гипса, минерала -эвапорита , образующегося в результате испарения морской воды. [31] Некоторые сульфидные минералы , в том числе пирит и галенит, могут образовываться посредством термохимической сульфатредукции — процесса, при котором сульфат морской воды, попавший в породу морского дна, восстанавливается до сульфида под воздействием геологического тепла при захоронении породы; этот процесс обычно фракционирует серу сильнее, чем образование гипса. [32]

До повышения содержания кислорода в атмосфере Земли (называемого Великим событием окисления ) дополнительные процессы фракционирования серы, называемые масс-аномальным или независимым от массы фракционированием, однозначно влияли на содержание 33 S и 36 S в породах. [9] Аномальные по массе фракционирования встречаются редко, но они могут возникать в результате определенных фотохимических реакций газов в атмосфере. [33] [34] Исследования показали, что фотохимические реакции атмосферного диоксида серы могут вызывать существенное массово-аномальное фракционирование изотопов серы. [33] [34]

Биологические процессы поглощения серы

Все организмы метаболизируют серу, и она входит в структуру белков , полисахаридов , стероидов и многих коферментов . [62] Биологический путь, посредством которого организм поглощает и/или удаляет серу, может оказывать существенное влияние на изотопный состав серы в организме и окружающей среде.

Общий путь диссимиляционного сульфатредукции, используемый сульфатредуцирующими бактериями. [63]

Микроорганизмы, которые потребляют и восстанавливают сульфат в относительно больших количествах, используют другой путь поглощения серы, называемый диссимиляционным восстановлением сульфата . Эти организмы используют восстановление сульфатов в качестве источника энергии, а не для синтеза новых компонентов клеток, и удаляют образующийся сульфид в качестве отходного продукта. Было продемонстрировано, что микробная сульфатредукция фракционирует изотопы серы в бактериях, причем некоторые исследования показали зависимость от концентрации сульфата [28] и/или температуры. [64] Исследования, в которых изучались десятки видов диссимиляционных сульфатредуцирующих микробов, выявили фракционирование изотопов серы в диапазоне от -65,6 ‰ до 0 ‰. [28] [30] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48]

Путь ассимиляционного сульфатредукции, используемый E. coli. [63]

Некоторые организмы поглощают относительно небольшие количества сульфата в процессе, называемом ассимиляционной сульфатредукцией , с целью синтеза соединений, содержащих серу, таких как аминокислоты метионин и цистеин , которые затем можно использовать для производства белков . [65] В фитопланктоне большая часть серы, поглощаемой посредством ассимиляционной сульфатредукции, включается в биомассу в виде белков (~35%), сульфатных эфиров (~20%) и маловесных серосодержащих соединений (~40%). [66] [67] Литература, посвященная эффектам изотопного фракционирования при ассимиляционном пути восстановления сульфатов, гораздо более ограничена, чем литература, посвященная диссимиляционному восстановлению сульфатов, но некоторые источники сообщают о небольших изотопных вариациях ( δ 34 S = от -4,4‰ до +0,5‰) в полученная органическая сера относительно окружающего сульфата. [68]

Хотя диссимиляционная сульфатредукция и ассимиляционная сульфатредукция являются двумя наиболее распространенными путями поглощения и использования сульфата организмами, существует множество других путей поглощения серы живыми существами. Например, окисление серы таких соединений, как сероводород и элементарная сера, осуществляется литотрофными бактериями и хемосинтезирующими архей . [69] [70] Большинство животных получают серу непосредственно из метионина и цистеина в белке, которое они потребляют. [71]

Изотопы серы в растениях

Методы обнаружения

Предыдущие попытки понять, как метаболизм серы и пути биосинтеза основывались на дорогостоящих экспериментах по маркировке с использованием радиоактивного 35 S. Используя естественные ассимиляционные процессы, соотношения стабильных изотопов можно использовать для отслеживания источников серы для растений, органов растений, используемых для получения серы, движения серы через растения.

Масс-спектрометр элементного анализа с изотопным соотношением (EA-IRMS)

Измерения состава стабильных изотопов серы (S) часто выполняются с использованием масс-спектрометра элементного анализа с изотопным соотношением (EA-IRMS) [72], в котором органическая сера из биологических образцов окисляется до диоксида серы (SO 2 ) и анализируется по массе. спектрометр. Масс-спектрометр используется для количественного определения соотношения более легкого ( 32 S 16 O 2 ) и более тяжелого ( 34 S 16 O 2 ) изотополога SO 2 , и это соотношение затем сравнивается со стандартами изотопов серы с целью стандартизации данных для масштаб ВСМОВ. В биологических материалах серы мало по сравнению с другими органическими элементами, такими как углерод и кислород, что создает некоторые дополнительные трудности при измерении ее стабильного изотопного состава. Элементный состав серы растительного вещества составляет ≈0,2%, что составляет около 2 ммоль/м 2 в большинстве тканей листьев. [73] Чтобы достичь обнаруживаемых уровней элементарной серы от 30 нг до 3 мкг и рассчитать надежные значения δ 34 S, образцы тканей листьев должны содержать от 2 до 5 мг.

В последние годы были достигнуты улучшения в обнаружении благодаря использованию газовой хроматографии в сочетании с мультиколлекторным ИСП-МС (ГХ/МК-ИСП-МС) [74], чтобы иметь возможность измерять пмольные количества органического S. Кроме того, ИСП-МС имеет использовался для измерения наномолярных количеств растворенного сульфата. [75] Большинство исследований было сосредоточено на измерении объемного значения δ 34 S в растительных тканях, и лишь немногие исследования были проведены на измерении значений δ 34 S отдельных S-содержащих соединений. Сочетание высокоэффективной жидкостной хроматографии ( ВЭЖХ ) с ИСП-МС было предложено как способ тестирования отдельных S-содержащих соединений. [73]

Источники серы в растениях

Ежегодно около 0,3 гигатонны элементарной серы преобразуется в органическое вещество фотосинтезирующими организмами. [76] Эта органическая сера входит в состав множества соединений, таких как аминокислоты, а именно цистеин (Cys) и метионин (Met) – белки, кофакторы, антиоксиданты, сульфатные группы, центры Fe-S и вторичные метаболиты. Тремя основными источниками серы являются атмосферный, почвенный и водный.

Большая часть растительности может приобретать серу из газообразных соединений атмосферы или различных ионов либо из почвенных растворов, либо из водоемов. [77] Поглощение газообразных и растворенных соединений серы, по-видимому, происходит с небольшой сопутствующей изотопной селективностью. [78] Растворенный сульфат (SO 4 2- ) считается центральным пулом, который метаболизируется микроорганизмами и растениями, поскольку большинство форм атмосферной серы окисляется в сульфат. Атмосферная сера в конечном итоге возвращается в почву, когда она вымывается из атмосферы во время осадков или в результате засухи. [77]

Атмосфера

Многие растения получают серу через газообразные соединения атмосферы. Листья деревьев имеют значения δ 34 S, лежащие между значениями в воздухе и почве, что позволяет предположить, что поглощение происходит из атмосферных и почвенных источников. Также было продемонстрировано, что значения δ 34 S деревьев зависят от высоты: листва на верхушках хвойных деревьев , камыша и лиственных деревьев имеет значения δ 34 S, более отражающие атмосферу, а нижняя листва имеет значения δ 34 S, близкие к что почвы. [77] Было высказано предположение, что это происходит из-за того, что верхняя листва оказывает действие навеса на нижние ветви, поглощая атмосферную серу до того, как она достигнет более низких уровней. Это подтверждается тем, что эпифитные лишайники и мхи имеют значения δ 34 S, близкие к атмосферным соединениям S. Это происходит из-за того, что лишайники и мхи не имеют доступа к почве и полагаются на прямое поглощение газообразной серы, растворенной серы посредством осадков и накопления сухих осадков, что обеспечивает совокупную запись изотопного состава серы в атмосфере. [77] [79]

Основные формы атмосферной серы происходят из выбросов природной серы, образующейся биологическим путем и выбрасываемой в виде H 2 S или органических сернистых газов, таких как DMS (диметилсульфид), COS (карбонилсульфид) и CS 2 (сероуглерод). Эти газы преимущественно образуются над океанами, водно-болотными угодьями, солончаками и устьями рек водорослями и бактериями. [80] Антропогенные выбросы увеличили концентрацию серы в атмосфере, главным образом, за счет выбросов SO 2 от угля, нефти, промышленных процессов и сжигания биомассы. В 2000 году глобальные антропогенные выбросы серы оценивались в 55,2–68 Тг S в год, что намного выше, чем природные выбросы серы, которые оцениваются в 34 Тг S в год. [80] В случае избытка серы в тканях растений было продемонстрировано, что при воздействии высоких доз диоксида серы растения выделяют сероводород (H 2 S) и, возможно, другие восстановленные соединения серы в ответ на высокую нагрузку серы [78] ]

Земля

Это упрощенная модель того, как сера поглощается растениями и как сера перемещается по окружающей среде.

Если почвенная сера последовательно поступает из одного источника, водорастворимая и нерастворимая органическая фракции S приобретают схожий изотопный состав. В случае наличия двух или более источников и/или если изотопный состав сульфатов атмосферы или подземных вод колеблется, времени для изотопной гомогенизации различных форм серы может не хватить. Основной формой серы в почве является сульфат, который транспортируется вверх по корневой системе с минимальным фракционированием δ 34 S на 1–2‰. [81] В отличие от растений с более высоким пологом, отражающих атмосферную δ 34 S, растения защищенного подлеска имеют тенденцию отражать почвенную серу. [77]

Водный

Формы серы, доступные в водной среде, зависят от того, морская это или пресноводная среда. Пресноводная среда более разнообразна и подвержена множеству поступлений и выбросов серы, включая атмосферные осаждения, стоки, диагенез коренных пород и присутствие микробных сульфатредукторов (MSR). В целом, основными видами серы в пресноводной среде являются сероводород и сульфат. В эстуариях корни растений проникают в богатые сульфидами и обедненные 34 S отложения, созданные MSR, и включают этот сульфид в свою биомассу. Однако уровень сульфида, вырабатываемого MSR, может быть токсичным, и было высказано предположение, что эти растения накачивают кислород в свои корни, чтобы окислить сульфид в менее токсичный сульфат. [78] В этих средах водоросли будут преимущественно приобретать серу из HS , если он присутствует, а не из более распространенного сульфата, поскольку сульфид может быть легко включен в прямое образование цистеина. Это согласуется с тем, что цианобактерии способны осуществлять аноксигенный фотосинтез с использованием сульфида. [77]

В морской среде основными доступными формами серы являются сульфаты с содержанием ~29 мМ и δ 34 S 21‰ в морской воде. На поверхности моря этот избыток серы впоследствии преобразуется водорослями в диметилсульфониопропионат (ДМСП) в качестве осмолита и репеллента от выпаса скота. На ДМСП также приходится 50–100% потребности бактерий в сере, что делает его наиболее важным источником восстановленной серы для морских бактерий. Продукт расщепления DMSP, диметилсульфид (DMS), очень летуч, он попадает из океана в атмосферу с выбросами в диапазоне от 15 до 33 Tg S/год [ 80] и составляет 50–60% от общего потока естественной восстановленной серы в атмосферу. . В донных отложениях микробная сульфатредукция является основным биогеохимическим процессом, в ходе которого потребляется органический углерод. [82] Микробная сульфатредукция может полностью использовать сульфат из морской воды и накапливать сероводород в отложениях. Переокисление и диспропорционирование сульфидов также считаются основными процессами, влияющими на изотопный состав серы морских минералов и поровой воды отложений. [1] [25]

Биохимия

~90% органической серы в растениях сосредоточено в аминокислотах цистеине и метионине. [81] Цистеин действует как прямой или косвенный предшественник любых других органических соединений серы в растениях, таких как коэнзим-А, метионин, биотин, липоевая кислота и глутатион. [78] Углеродный скелет, необходимый для ассимиляции серы, обеспечивается гликолизом (ацетил-КоА), дыханием (аспарагиновая кислота, Asp, получаемая из оксалоацетата) и фотодыханием (серин, Ser). [73] Поскольку цистеин является прямым предшественником метионина, метионин естественным образом обеднен 34 S по сравнению с цистеином. [73] Большая часть серы обычно находится в органической форме, но когда в окружающей среде имеется избыток серы, основной формой серы становится неорганический сульфат. У большинства растений дискриминация 34 S минимальна, а при исследовании растений риса было замечено, что дискриминация происходит на стадии поглощения, приводя к истощению импортированного сульфата из источника на 1–2 ‰. [83] Этот эффект достигается за счет экспрессии генов-переносчиков SO 4 2- (SULTR), 14 из которых были идентифицированы, и экспрессия которых зависит от наличия сульфата в окружающей среде. Когда сульфата много, экспрессируются переносчики с низким сродством, а когда сульфата мало, экспрессируются гены с высоким сродством и большей дискриминацией 34 S. [73] [83]

Распространение по органам растения

Сульфат, транспортируемый через корни, и SO 2 , диффундирующий в листья, становится для растений резервуаром для ассимиляции серы всеми тканями. Хотя фракционирование исходной серы в общем органическом веществе растений минимально, у пшеницы корни и стебли истощаются из почвы на 2‰, а листья и зерно обогащаются на 2‰. Обогащение 34 S цельного вещества листа не вызвано присутствующим в листе сульфатом, обогащенным 34 S, а является результатом того, что обогащение 34 S поступает в аккумулирующие органы, в результате чего белки в листьях становятся обогащенными 34 S. [73] У риса транслокация от корня к побегу не различает изотопы S, однако сульфатные пулы побегов значительно обогащены 34 S по сравнению с сульфатными пулами как корня, так и сока. По мере того, как сульфат перемещается по растительной системе и включается в биомассу, пул обогащается, что дает таким органам, как листья и зерна, более высокие значения δ 34 S, чем более ранним тканям. [83]

Приложения

Повышение содержания кислорода в атмосфере

Признаки аномального по массе фракционирования изотопов серы, сохранившиеся в горных породах, стали важным доказательством для понимания Великого события окисления — внезапного повышения уровня кислорода на древней Земле. [9] [84] Ненулевые значения Δ 33 S и Δ 36 S присутствуют в серосодержащих минералах докембрийских пород, образовавшихся более 2,45 миллиарда лет назад, но полностью отсутствуют в породах возрастом менее 2,09 миллиарда лет. [9] Было предложено множество механизмов того, как кислород предотвращает создание и сохранение следов массово-аномального фракционирования; тем не менее, все исследования записей Δ 33 S и Δ 36 S пришли к выводу, что кислород практически отсутствовал в атмосфере Земли до 2,45 миллиарда лет назад. [9] [10] [33] [85] [86]

Палеобиология и палеоклимат

Ряд микробных процессов метаболизма фракционируют изотопы серы разными способами, и изотопные следы серы этого метаболизма могут сохраняться в минералах и древних органических веществах. [1] Измеряя изотопный состав серы в этих сохранившихся материалах, ученые могут реконструировать древние биологические процессы и окружающую среду, в которой они происходили. [1] Значения δ 34 S в геологической летописи были сделаны для выявления истории микробной сульфатредукции [87] [88] и окисления сульфидов. [25] [89] Парные записи δ 34 S и Δ 33 S также использовались для демонстрации древней микробной диспропорции серы. [90] [29]

Пирит, серосодержащий минерал, образующийся в некоторых океанских отложениях, обычно имеет относительно низкие значения δ 34 S из-за косвенной роли биологии в его формировании.

Микробная диссимиляционная сульфатредукция (MSR), энергетический метаболизм, осуществляемый бактериями в бескислородной среде, связана с особенно большим коэффициентом фракционирования. [1] Наблюдаемые значения 34 ε MSR варьируются от 0 до −65,6‰. [28] [30] [39] [40] [41] [42] [43] [44] На размер этого фракционирования влияют многие факторы, включая скорость восстановления сульфата, [35] [40] концентрацию и транспорт сульфата, [ 28] [44] наличие доноров электронов и других питательных веществ, [30] [42] [43] и физиологические различия, такие как экспрессия белка. [45] Сульфид, образующийся в результате MSR, может затем образовывать минерал пирит, сохраняя обедненный 34 S отпечаток MSR в осадочных породах. [1] [60] Многие исследования изучали значения δ 34 S древнего пирита, чтобы понять прошлые биологические и экологические условия. [1] Например, записи пирита δ 34 S использовались для реконструкции сдвигов в уровнях первичной продуктивности , [91] изменения содержания кислорода в океане, [92] [93] и ледниково-межледниковых изменений уровня моря и выветривания. [94] Некоторые исследования сравнивают изотопы серы в пирите со вторым серосодержащим материалом, таким как растворенный сульфат или консервированное органическое вещество. [25] [91] [92] Сравнение пирита с другим материалом дает более полную картину того, как сера перемещалась в древней среде: это дает представление о размерах древних значений 34 ε MSR и условиях окружающей среды, контролирующих фракционирование MSR изотопов серы. [91] [92]

Палеоокеанография

Записи δ 34 S использовались для вывода об изменениях концентрации сульфатов в морской воде. [95] Поскольку считается, что значения δ 34 S сульфата, связанного с карбонатом, чувствительны к уровням сульфата в морской воде, эти измерения были использованы для реконструкции истории сульфата в морской воде. [96] Значения δ 34 S пирита также применялись для восстановления концентрации сульфата морской воды на основе ожидаемого биологического фракционирования при низких концентрациях сульфата. [97] [98] Оба эти метода основаны на предположениях об условиях отложения или биологическом сообществе, что создает некоторую неопределенность в полученных реконструкциях. [28] [96]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcdefghi Кэнфилд, Делавэр (1 января 2001 г.). «Биогеохимия изотопов серы». Обзоры по минералогии и геохимии . 43 (1): 607–636. Бибкод : 2001RvMG...43..607C. doi :10.2138/gsrmg.43.1.607. ISSN  1529-6466.
  2. ^ Аб Ван, Мэн; Ауди, Г.; Кондев, ФГ; Хуанг, WJ; Наими, С.; Сюй, Син (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки». Китайская физика C . 41 (3): 030003. Бибкод : 2017ChPhC..41c0003W. дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030003. hdl : 11858/00-001M-0000-0010-23E8-5 . ISSN  1674-1137.
  3. ^ abcdefghijklm Шарп, Закари (2006). Основы геохимии стабильных изотопов .
  4. ^ аб Бранд, Вилли; Коплен, Тайлер; Фогель, Йохен; Рознер, Мартин; Прохаска, Томас (2014). «Оценка международных эталонных материалов для анализа изотопных отношений (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . 86 (3): 425–467. дои : 10.1515/pac-2013-1023. hdl : 11858/00-001M-0000-0023-C6D8-8 . S2CID  98812517.
  5. ^ abcdefghijklmnop Хейс, Джон (2002). Практика и принципы измерения стабильных изотопов в органической геохимии (редакция 2).
  6. ^ Маккриди, RGL; Лэйшли, Э.Дж.; Крауз, HR (1 августа 1976 г.). «Биогеохимические последствия обратных эффектов изотопов серы при восстановлении соединений серы Clostridium Pasteurianum». Geochimica et Cosmochimica Acta . 40 (8): 979–981. Бибкод : 1976GeCoA..40..979M. дои : 10.1016/0016-7037(76)90146-0. ISSN  0016-7037.
  7. ^ Крейг, Х. и Гордон, Л.И. 1965. «Дейтерий и кислород 18 вариаций в океане и морской атмосфере». В книге «Стабильные изотопы в океанографических исследованиях и палеотемпературах » под редакцией: Тонгиорги, Э. 9–130. Пиза: Лаборатория ядерной геологии.
  8. ^ Халстон, младший; Тоде, Х.Г. (1965). «Вариации содержания S33, S34 и S36 в метеоритах и ​​их связь с химическими и ядерными воздействиями». Журнал геофизических исследований . 70 (14): 3475–3484. Бибкод : 1965JGR....70.3475H. дои : 10.1029/JZ070i014p03475. ISSN  2156-2202.
  9. ^ abcde Фаркуар, Джеймс; Бао, Хуэймин; Тименс, Марк (4 августа 2000 г.). «Атмосферное влияние самого раннего цикла серы на Земле». Наука . 289 (5480): 756–758. Бибкод : 2000Sci...289..756F. дои : 10.1126/science.289.5480.756. ISSN  0036-8075. ПМИД  10926533.
  10. ^ аб Халеви, Италия; Джонстон, Дэвид Т.; Шраг, Дэниел П. (9 июля 2010 г.). «Объяснение структуры архейской независимой от массы записи изотопов серы». Наука . 329 (5988): 204–207. Бибкод : 2010Sci...329..204H. дои : 10.1126/science.1190298. ISSN  0036-8075. PMID  20508089. S2CID  45825809.
  11. ^ аб Дин, Типинг; Бай, Жуймэй; Ли, Янхэ; Ван, Дефан; Цзоу, Сяоцю; Чжан, Цинлянь (1 августа 1999 г.). «Определение абсолютного соотношения 32S/34S эталонного материала МАГАТЭ-S-1 и стандарта изотопа серы V-CDT». Наука в Китае. Серия D: Науки о Земле . 42 (1): 45–51. Бибкод :1999ScChD..42...45D. дои : 10.1007/BF02878497. ISSN  1862-2801. S2CID  93625037.
  12. ^ Бодуан, Жорж; Тейлор, Б.Э.; Рамбл, Д.; Тименс, М. (1 октября 1994 г.). «Вариации изотопного состава серы троилита из железного метеорита Каньон Диабло». Geochimica et Cosmochimica Acta . 58 (19): 4253–4255. Бибкод : 1994GeCoA..58.4253B. дои : 10.1016/0016-7037(94)90277-1. ISSN  0016-7037.
  13. ^ abcde Дин, Т.; Валькиерс, С.; Киппхардт, Х.; Де Бьевр, П.; Тейлор, НДП; Гонфиантини, Р.; Крауз, Р. (1 августа 2001 г.). «Калиброванные соотношения содержания изотопов серы трех эталонных материалов изотопов серы МАГАТЭ и V-CDT с повторной оценкой атомного веса серы». Geochimica et Cosmochimica Acta . 65 (15): 2433–2437. Бибкод : 2001GeCoA..65.2433D. дои : 10.1016/S0016-7037(01)00611-1. ISSN  0016-7037.
  14. ^ Крауз, HR; Коплен, Тайлер Б. (28 февраля 1997 г.). «Отчетность об относительном соотношении изотопов серы (Технический отчет)». Чистая и прикладная химия . 69 (2): 293–296. дои : 10.1351/pac199769020293 . ISSN  0033-4545. S2CID  95627976.
  15. ^ Гиземанн, А.; Йегер, Х.-Дж.; Норман, Алабама; Крауз, HR; Брэнд, Вашингтон (15 сентября 1994 г.). «Онлайн-определение изотопов серы с использованием элементного анализатора, соединенного с масс-спектрометром». Аналитическая химия . 66 (18): 2816–2819. дои : 10.1021/ac00090a005. ISSN  0003-2700.
  16. ^ Грассино, Натали В. (1 мая 2006 г.). «Высокоточный EA-IRMS-анализ изотопов S и C в геологических материалах». Прикладная геохимия . Границы аналитической геохимии – взгляд IGC 2004. 21 (5): 756–765. Бибкод : 2006ApGC...21..756G. doi :10.1016/j.apgeochem.2006.02.015. ISSN  0883-2927.
  17. ^ Майер, Бернхард; Крауз, Х. Рой (01 января 2004 г.), де Гроот, Пьер А. (редактор), «Глава 26 - Процедуры исследования содержания изотопов серы», Справочник по аналитическим методам стабильных изотопов , Elsevier, стр. 538–596 , ISBN 978-0-444-51114-0, получено 25 мая 2020 г.
  18. ^ Париж, Гийом; Сешнс, Алекс Л.; Субхас, Адам В.; Адкинс, Джесс Ф. (8 мая 2013 г.). «Измерение δ34S и ∆33S MC-ICP-MS в небольших количествах растворенного сульфата». Химическая геология . 345 : 50–61. Бибкод :2013ЧГео.345...50П. doi :10.1016/j.chemgeo.2013.02.022. ISSN  0009-2541.
  19. ^ Ричипути, Ли Р; Патерсон, Брюс А; Риппердан, Роберт Л. (19 октября 1998 г.). «Измерение соотношений легких стабильных изотопов с помощью SIMS:: Матричные эффекты для изотопов кислорода, углерода и серы в минералах33. Посвящается памяти Аль Нира». Международный журнал масс-спектрометрии . 178 (1): 81–112. дои : 10.1016/S1387-3806(98)14088-5. ISSN  1387-3806.
  20. ^ Хаури, Эрик Х.; Папино, Доминик; Ван, Цзяньхуа; Хиллион, Франсуа (20 января 2016 г.). «Высокоточный анализ нескольких изотопов серы с использованием NanoSIMS» (PDF) . Химическая геология . 420 : 148–161. Бибкод :2016ЧГео.420..148H. doi :10.1016/j.chemgeo.2015.11.013. ISSN  0009-2541. S2CID  130392026.
  21. ^ Амрани, Алон; Сешнс, Алекс Л.; Адкинс, Джесс Ф. (1 ноября 2009 г.). «Анализ δ34S летучих органических веществ, специфичный для соединения, с помощью сопряженного ГХ/Мультиколлектор-ICPMS». Аналитическая химия . 81 (21): 9027–9034. дои : 10.1021/ac9016538. ISSN  0003-2700. ПМИД  19807109.
  22. ^ Саид-Ахмад, Уорд; Амрани, Алон (2013). «Чувствительный метод изотопного анализа серы диметилсульфида и диметилсульфониопропионата в морской воде». Быстрая связь в масс-спектрометрии . 27 (24): 2789–2796. Бибкод : 2013RCMS...27.2789S. дои : 10.1002/rcm.6751. ISSN  1097-0231. ПМИД  24214865.
  23. ↑ Бернер, Роберт А. (31 марта 2020 г.). Ранний диагенез: теоретический подход. Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-20940-1. ОСЛК  1164642477.
  24. ^ Йоргенсен, Бо Баркер (январь 1978 г.). «Сравнение методов количественного определения бактериальной сульфатредукции в прибрежных морских отложениях». Геомикробиологический журнал . 1 (1): 29–47. дои : 10.1080/01490457809377722. ISSN  0149-0451.
  25. ^ abcde Цанг, Мань-Инь; Вортманн, Ульрих Г. (6 июля 2022 г.). «Фракционирование изотопов серы, полученное на основе моделирования реакции-переноса в восточной экваториальной части Тихого океана». Журнал Геологического общества . 179 (5). дои : 10.1144/jgs2021-068. ISSN  0016-7649. S2CID  248647580.
  26. ^ Кэнфилд, Дональд Э.; Эрик Кристенсен; Бо Тамдруп (01 января 2005 г.), Кэнфилд, Дональд Э.; Кристенсен, Эрик; Тамдруп, Бо (ред.), «Цикл серы», «Достижения морской биологии» , «Акватическая геомикробиология», том. 48, Academic Press, стр. 313–381, номер документа : 10.1016/S0065-2881(05)48009-8, ISBN. 9780120261475, получено 23 мая 2020 г.
  27. ^ аб Мейя, Юрис; Коплен, Тайлер; Берглунд, Майкл; Брэнд, Вилли; Де Бьевр, Поль; Гренинг, Манфред; Холден, Норман; Ирргехер, Йоханна; Потеря, Роберт; Вальчик, Томас; Прохаска, Томас (2013). «Атомные массы элементов 2013 (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . 88 .
  28. ^ abcdefgh Брэдли, AS; Ливитт, штат Вашингтон; Шмидт, М.; Нолл, АХ; Гиргис, PR; Джонстон, DT (январь 2016 г.). «Закономерности фракционирования изотопов серы при микробной сульфатредукции». Геобиология . 14 (1): 91–101. дои : 10.1111/gbi.12149. PMID  26189479. S2CID  1986525.
  29. ^ Аб Джонстон, Дэвид Т.; Фаркуар, Джеймс; Винг, Босуэлл А.; Кауфман, Алан Дж.; Кэнфилд, Дональд Э.; Хабихт, Кирстен С. (1 июня 2005 г.). «Множественное фракционирование изотопов серы в биологических системах: пример использования сульфатредукторов и диспропорционаторов серы». Американский научный журнал . 305 (6–8): 645–660. Бибкод : 2005AmJS..305..645J. дои : 10.2475/ajs.305.6-8.645 . ISSN  0002-9599.
  30. ^ abcde Сим, Мин Саб; Босак, Таня; Оно, Шухэй (01 июля 2011 г.). «Фракционирование крупных изотопов серы не требует диспропорционирования». Наука . 333 (6038): 74–77. Бибкод : 2011Sci...333...74S. дои : 10.1126/science.1205103. ISSN  0036-8075. PMID  21719675. S2CID  1248182.
  31. ^ Аб Рааб, М.; Спиро, Б. (5 апреля 1991 г.). «Изотопные изменения серы при испарении морской воды с фракционной кристаллизацией». Химическая геология: Секция изотопных геолого-геофизических наук . 86 (4): 323–333. дои : 10.1016/0168-9622(91)90014-Н. ISSN  0168-9622.
  32. ^ аб Машел, Ганс Г.; Крауз, Х. Рой; Сассен, Роджер (1 июля 1995 г.). «Продукты и отличительные критерии бактериальной и термохимической сульфатредукции». Прикладная геохимия . 10 (4): 373–389. Бибкод : 1995ApGC...10..373M. дои : 10.1016/0883-2927(95)00008-8. ISSN  0883-2927.
  33. ^ abc Мастерсон, Эндрю Л.; Фаркуар, Джеймс; Винг, Босуэлл А. (15 июня 2011 г.). «Модели фракционирования серы, не зависящие от массы, при широкополосном УФ-фотолизе диоксида серы: давление и эффекты третьего тела». Письма о Земле и планетологии . 306 (3): 253–260. Бибкод : 2011E&PSL.306..253M. дои : 10.1016/j.epsl.2011.04.004. ISSN  0012-821X.
  34. ^ аб Лайонс, Джеймс Р. (2007). «Масс-независимое фракционирование изотопов серы методом изотопно-селективной фотодиссоциации SO2». Письма о геофизических исследованиях . 34 (22): L22811. Бибкод : 2007GeoRL..3422811L. дои : 10.1029/2007GL031031 . ISSN  1944-8007.
  35. ^ abcd Каплан, ИК; Риттенберг, Южная Каролина (1964). «Микробиологическое фракционирование изотопов серы». Микробиология . 34 (2): 195–212. дои : 10.1099/00221287-34-2-195 . ISSN  1350-0872. ПМИД  14135528.
  36. ^ Траст, бакалавр; Фрай, Б. (1992). «Стабильные изотопы серы в растениях: обзор». Растение, клетка и окружающая среда . 15 (9): 1105–1110. doi :10.1111/j.1365-3040.1992.tb01661.x. ISSN  1365-3040.
  37. ^ Покровитель, Никола Дж.; Дернфорд, Дион Г.; Коприва, Станислав (4 февраля 2008 г.). «Ассимиляция сульфатов у эукариот: слияния, перемещения и латеральные переносы». Эволюционная биология BMC . 8 (1): 39. дои : 10.1186/1471-2148-8-39 . ISSN  1471-2148. ПМК 2275785 . ПМИД  18248682. 
  38. ^ Шифф, Дж.А.; Фанкхаузер, Х. (1981). Боте, Герман; Требст, Ахим (ред.). «Ассимиляционная сульфатредукция». Биология неорганического азота и серы . Труды по наукам о жизни. Берлин, Гейдельберг: Springer: 153–168. дои : 10.1007/978-3-642-67919-3_11. ISBN 978-3-642-67919-3.
  39. ^ abc Детмерс, Ян; Брюхерт, Фолькер; Хабихт, Кирстен С.; Куевер, Ян (1 февраля 2001 г.). «Разнообразие фракций изотопов серы сульфатредуцирующими прокариотами». Прикладная и экологическая микробиология . 67 (2): 888–894. Бибкод : 2001ApEnM..67..888D. дои : 10.1128/АЕМ.67.2.888-894.2001 . ISSN  0099-2240. ПМК 92663 . ПМИД  11157259. 
  40. ^ abcd Кэнфилд, Делавэр (1 апреля 2001 г.). «Фракционирование изотопов природными популяциями сульфатредуцирующих бактерий». Geochimica et Cosmochimica Acta . 65 (7): 1117–1124. Бибкод : 2001GeCoA..65.1117C. дои : 10.1016/S0016-7037(00)00584-6. ISSN  0016-7037.
  41. ^ abcd Кемп, ALW; Тоде, Х.Г. (1 января 1968 г.). «Механизм бактериального восстановления сульфата и сульфита на основе исследований изотопного фракционирования». Geochimica et Cosmochimica Acta . 32 (1): 71–91. Бибкод : 1968GeCoA..32...71K. дои : 10.1016/0016-7037(68)90088-4. ISSN  0016-7037.
  42. ^ abcd Сим, Мин Саб; Оно, Шухэй; Донован, Кэти; Темплер, Стефани П.; Босак, Таня (1 августа 2011 г.). «Влияние доноров электронов на фракционирование изотопов серы морским Desulfovibrio sp». Geochimica et Cosmochimica Acta . 75 (15): 4244–4259. Бибкод : 2011GeCoA..75.4244S. дои : 10.1016/j.gca.2011.05.021. ISSN  0016-7037.
  43. ^ abcd Сим, Мин Саб; Оно, Шухэй; Босак, Таня (01 декабря 2012 г.). «Влияние ограничения железа и азота на фракционирование изотопов серы во время микробного восстановления сульфатов». Прикладная и экологическая микробиология . 78 (23): 8368–8376. Бибкод : 2012ApEnM..78.8368S. дои : 10.1128/АЕМ.01842-12 . ISSN  0099-2240. ПМЦ 3497358 . ПМИД  23001667. 
  44. ^ abcd Сим, Мин Саб; Пэрис, Гийом; Адкинс, Джесс Ф.; Сирота, Виктория Дж.; Сешнс, Алекс Л. (01.06.2017). «Количественное определение и изотопный анализ внутриклеточных метаболитов серы в пути диссимиляционного сульфатредукции». Geochimica et Cosmochimica Acta . 206 : 57–72. Бибкод : 2017GeCoA.206...57S. дои : 10.1016/j.gca.2017.02.024. ISSN  0016-7037.
  45. ^ abc Ливитт, Уильям Д.; Венцеслав, София С.; Перейра, Инес АС; Джонстон, Дэвид Т.; Брэдли, Александр С. (01 октября 2016 г.). «Фракционирование изотопов серы и водорода в Desulfovibrio vulgaris с нарушенной экспрессией DsrC». Письма FEMS по микробиологии . 363 (20): fnw226. дои : 10.1093/femsle/fnw226 . ISSN  0378-1097. ПМИД  27702753.
  46. ^ Аб Детмерс, Ян; Брюхерт, Фолькер; Хабихт, Кирстен С.; Кувер, Ян (февраль 2001 г.). «Разнообразие фракций изотопов серы сульфатредуцирующими прокариотами». Прикладная и экологическая микробиология . 67 (2): 888–894. Бибкод : 2001ApEnM..67..888D. doi :10.1128/AEM.67.2.888-894.2001. ISSN  0099-2240. ПМК 92663 . ПМИД  11157259. 
  47. ^ аб Рис, CE (1 мая 1973 г.). «Стационарная модель фракционирования изотопов серы в процессах восстановления бактерий». Geochimica et Cosmochimica Acta . 37 (5): 1141–1162. Бибкод : 1973GeCoA..37.1141R. дои : 10.1016/0016-7037(73)90052-5. ISSN  0016-7037.
  48. ^ аб Хабихт, Кирстен С.; Кэнфилд, Дональд Э. (1 декабря 1997 г.). «Фракционирование изотопов серы при бактериальной сульфатредукции в богатых органикой отложениях». Geochimica et Cosmochimica Acta . 61 (24): 5351–5361. Бибкод : 1997GeCoA..61.5351H. дои : 10.1016/S0016-7037(97)00311-6. ISSN  0016-7037. ПМИД  11541664.
  49. ^ Ливитт, Уильям Д.; Камминс, Рената; Шмидт, Мэриан Л.; Сим, Мин С.; Оно, Шухэй; Брэдли, Александр С.; Джонстон, Дэвид Т. (2014). «Множественные изотопные характеристики серы при восстановлении сульфита и тиосульфата с помощью модельного диссимиляционного сульфатредуктора Desulfovibrio alaskensis str. G20». Границы микробиологии . 5 : 591. дои : 10.3389/fmicb.2014.00591 . ISSN  1664-302X. ПМК 4243691 . ПМИД  25505449. 
  50. ^ Балчи, Нургуль; Шанкс, Уэйн С.; Майер, Бернхард; Мандернак, Кевин В. (1 августа 2007 г.). «Систематика изотопов кислорода и серы сульфата, полученного бактериальным и абиотическим окислением пирита». Geochimica et Cosmochimica Acta . 71 (15): 3796–3811. Бибкод : 2007GeCoA..71.3796B. дои : 10.1016/j.gca.2007.04.017. ISSN  0016-7037.
  51. ^ Ховард Гест, Брайан Фрай; Хейс, Дж. М. (1 мая 1984 г.). «Изотопные эффекты, связанные с анаэробным окислением сульфида пурпурной фотосинтетической бактерией Chromatium vinosum». Письма FEMS по микробиологии . 22 (3): 283–287. дои : 10.1111/j.1574-6968.1984.tb00742.x . ISSN  0378-1097.
  52. ^ Джонс, Гален Э.; Старки, Роберт Л. (март 1957 г.). «Фракционирование стабильных изотопов серы микроорганизмами и их роль в осаждении самородной серы». Прикладная микробиология . 5 (2): 111–118. дои : 10.1128/АЕМ.5.2.111-118.1957. ISSN  0003-6919. ПМЦ 1057268 . ПМИД  13425528. 
  53. ^ Каплан, ИК; Рафтер, штат Калифорния (7 марта 1958 г.). «Фракционирование стабильных изотопов серы тиобациллами». Наука . 127 (3297): 517–518. Бибкод : 1958Sci...127..517K. дои : 10.1126/science.127.3297.517. ISSN  0036-8075. ПМИД  13529013.
  54. ^ Накаи, Нобуюки; Дженсен, МЛ (1 декабря 1964 г.). «Кинетический изотопный эффект при бактериальном восстановлении и окислении серы». Geochimica et Cosmochimica Acta . 28 (12): 1893–1912. Бибкод : 1964GeCoA..28.1893N. дои : 10.1016/0016-7037(64)90136-X. ISSN  0016-7037.
  55. ^ Кэнфилд, Делавэр; Тамдруп, Б. (23 декабря 1994 г.). «Производство обедненного 34S сульфида при бактериальном диспропорционировании элементарной серы». Наука . 266 (5193): 1973–1975. Бибкод : 1994Sci...266.1973C. дои : 10.1126/science.11540246. ISSN  0036-8075. ПМИД  11540246.
  56. ^ Кэнфилд, Делавэр; Тамдруп, Б.; Флейшер, С. (1998). «Фракционирование изотопов и обмен серы чистыми и накопительными культурами элементарных серодиспропорционирующих бактерий». Лимнология и океанография . 43 (2): 253–264. Бибкод : 1998LimOc..43..253C. дои : 10.4319/lo.1998.43.2.0253 . hdl : 21.11116/0000-0005-1BA7-1 . ISSN  1939-5590.
  57. ^ Бетчер, Майкл Э; Тамдруп, Бо (15 мая 2001 г.). «Анаэробное окисление сульфидов и фракционирование стабильных изотопов, связанное с бактериальным диспропорционированием серы в присутствии MnO2». Geochimica et Cosmochimica Acta . 65 (10): 1573–1581. Бибкод : 2001GeCoA..65.1573B. дои : 10.1016/S0016-7037(00)00622-0. ISSN  0016-7037.
  58. ^ Амрани, Алон; Деев, Андрей; Сешнс, Алекс Л.; Тан, Юнчунь; Адкинс, Джесс Ф.; Хилл, Рональд Дж.; Молдован, Дж. Майкл; Вэй, Жибин (01 мая 2012 г.). «Изотопный состав серы бензотиофенов и дибензотиофенов как показатель термохимического восстановления сульфатов». Geochimica et Cosmochimica Acta . 84 : 152–164. Бибкод : 2012GeCoA..84..152A. дои : 10.1016/j.gca.2012.01.023. ISSN  0016-7037.
  59. ^ Киёсу, Ясухиро; Крауз, Х. Рой (1993). «Термохимическое восстановление и изотопное поведение серы сульфата уксусной кислотой в присутствии самородной серы». Геохимический журнал . 27 (1): 49–57. Бибкод : 1993GeocJ..27...49K. дои : 10.2343/geochemj.27.49 .
  60. ^ ab Ault, WU; Кулп, Дж. Л. (1 июля 1959 г.). «Изотопная геохимия серы». Geochimica et Cosmochimica Acta . 16 (4): 201–235. Бибкод : 1959GeCoA..16..201A. дои : 10.1016/0016-7037(59)90112-7. ISSN  0016-7037.
  61. ^ Тоде, HG; Монстр, Дж; Данфорд, Х.Б. (1 ноября 1961 г.). «Геохимия изотопов серы». Geochimica et Cosmochimica Acta . 25 (3): 159–174. Бибкод : 1961GeCoA..25..159T. дои : 10.1016/0016-7037(61)90074-6. ISSN  0016-7037.
  62. ^ Эллиотт, Кэтрин; Уилан, Джули (16 сентября 2009 г.). Сера в биологии. Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-470-71823-0.
  63. ^ Аб Сантос, Андре А.; Венцеслав, София С.; Грейн, Фабиан; Ливитт, Уильям Д.; Даль, Кристиана; Джонстон, Дэвид Т.; Перейра, Инес АК (18 декабря 2015 г.). «Трисульфид белка соединяет диссимиляционное восстановление сульфата с сохранением энергии». Наука . 350 (6267): 1541–1545. Бибкод : 2015Sci...350.1541S. doi : 10.1126/science.aad3558. ISSN  0036-8075. PMID  26680199. S2CID  206643054.
  64. ^ Кэнфилд, Дональд Э.; Олесен, Клаус А.; Кокс, Рэймонд П. (1 февраля 2006 г.). «Температура и ее контроль фракционирования изотопов сульфатредуцирующей бактерией». Geochimica et Cosmochimica Acta . 70 (3): 548–561. Бибкод : 2006GeCoA..70..548C. дои : 10.1016/j.gca.2005.10.028. ISSN  0016-7037.
  65. ^ «5,9C: восстановление сульфатов и серы». Свободные тексты по биологии . 09.05.2017 . Проверено 27 апреля 2022 г.
  66. ^ Бейтс, Тимоти С.; Киене, Рональд П.; Вулф, Гордон В.; Матраи, Патрисия А .; Чавес, Франсиско П.; Бак, Курт Р.; Бломквист, Байрон В.; Кухель, Рассел Л. (1994). «Круговорот серы в поверхностных морских водах северо-восточной части Тихого океана». Журнал геофизических исследований . 99 (C4): 7835. Бибкод : 1994JGR....99.7835B. дои : 10.1029/93JC02782. ISSN  0148-0227.
  67. ^ Джордано, Марио; Норичи, Алессандра; Черт, Рюдигер (май 2005 г.). «Сера и фитопланктон: приобретение, метаболизм и влияние на окружающую среду». Новый фитолог . 166 (2): 371–382. дои : 10.1111/j.1469-8137.2005.01335.x. ISSN  0028-646X. ПМИД  15819903.
  68. ^ Чемберс, Луизиана; Трудингер, Пенсильвания (январь 1979 г.). «Микробиологическое фракционирование стабильных изотопов серы: обзор и критика». Геомикробиологический журнал . 1 (3): 249–293. дои : 10.1080/01490457909377735. ISSN  0149-0451.
  69. ^ Гош, Риддхиман; Плотина, Бомба (01 ноября 2009 г.). «Биохимия и молекулярная биология литотрофного окисления серы таксономически и экологически разнообразными бактериями и архей». Обзоры микробиологии FEMS . 33 (6): 999–1043. дои : 10.1111/j.1574-6976.2009.00187.x . ISSN  0168-6445. PMID  19645821. S2CID  24883658.
  70. ^ Паредес, Габриэла Ф.; Фибек, Тобиас; Ли, Раймонд; Палатинский, Мартон; Мауш, Микаэла А.; Райперт, Зигфрид; Шинтльмейстер, Арно; Майер, Андреас; Волланд, Жан-Мари; Хиршфельд, Клаудия; Вагнер, Михаэль (29 июня 2021 г.). Борденштейн, Сет (ред.). «Анаэробное окисление серы лежит в основе адаптации хемосинтетического симбионта к окси-аноксическому интерфейсу». mSystems . 6 (3): e01186–20. doi : 10.1128/mSystems.01186-20. ISSN  2379-5077. ПМК 8269255 . ПМИД  34058098. 
  71. ^ Комарнисский, Людмила А; Кристоферсон, Роберт Дж; Басу, Тапан К (1 января 2003 г.). «Сера: ее клинические и токсикологические аспекты». Питание . 19 (1): 54–61. doi : 10.1016/S0899-9007(02)00833-X. ISSN  0899-9007. ПМИД  12507640.
  72. ^ Грассино, Невада (1998). «Измерение изотопного состава серы сульфидных минералов с использованием новой технологии непрерывного He-flow EA-MS» (PDF) . Минералогический журнал . 62 (1): 537–538. Бибкод : 1998MinM...62..537G. doi :10.1180/minmag.1998.62A.1.284.
  73. ^ abcdef Черкез, Гийом; Чай, Илла (октябрь 2013 г.). «Фракционирование изотопов 32 S / 34 S в метаболизме серы растений». Новый фитолог . 200 (1): 44–53. дои : 10.1111/nph.12314 . ISSN  0028-646X.
  74. ^ Амрани, Алон; Сешнс, Алекс Л.; Адкинс, Джесс Ф. (1 ноября 2009 г.). «Анализ δ 34 S, специфичный для соединения, летучих органических веществ с помощью сопряженного ГХ/Мультиколлектор-ICPMS». Аналитическая химия . 81 (21): 9027–9034. дои : 10.1021/ac9016538. ISSN  0003-2700. ПМИД  19807109.
  75. ^ Париж, Гийом; Сешнс, Алекс Л.; Субхас, Адам В.; Адкинс, Джесс Ф. (8 мая 2013 г.). «Измерение δ34S и ∆33S MC-ICP-MS в небольших количествах растворенного сульфата». Химическая геология . 345 : 50–61. Бибкод :2013ЧГео.345...50П. doi :10.1016/j.chemgeo.2013.02.022. ISSN  0009-2541.
  76. ^ Иванов, М.В. (1981). Некоторые перспективы основных биогеохимических циклов . СССР: ОБЪЕМ. стр. 61–78.
  77. ^ abcdef Круз, HR (1989). «Изотопные исследования серы в педосфере и биосфере». В Рунделе, PW; Элерингер-младший; Надь, К.А. (ред.). Стабильные изотопы в экологических исследованиях . Экологические исследования. Том. 68. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер. стр. 424–444. дои : 10.1007/978-1-4612-3498-2_24. ISBN 978-1-4612-3498-2.
  78. ^ abcd Trust, бакалавр; Фрай, Б. (декабрь 1992 г.). «Стабильные изотопы серы в растениях: обзор». Растение, клетка и окружающая среда . 15 (9): 1105–1110. doi :10.1111/j.1365-3040.1992.tb01661.x. ISSN  0140-7791.
  79. ^ Уодли, Муар А. (2003). «Лишайники и атмосферная сера: что показывают стабильные изотопы». Загрязнение окружающей среды . 126 (3): 345–351. дои : 10.1016/s0269-7491(03)00247-1. ISSN  0269-7491. ПМИД  12963295.
  80. ^ abc Де Кок, Луит Дж.; Дюренкамп, Марк; Ян, Липин; Стулен, Инеке (2007), Хоксфорд, Малкольм Дж.; Де Кок, Луит Дж. (ред.), «Атмосферная сера», Сера в растениях: экологическая перспектива , Экофизиология растений, том. 6, Дордрехт: Springer Нидерланды, стр. 91–106, номер документа : 10.1007/978-1-4020-5887-5_5, ISBN. 978-1-4020-5887-5, получено 27 мая 2022 г.
  81. ^ аб Танц, Николь; Шмидт, Ханнс-Людвиг (10 марта 2010 г.). «Измерение значения δ 34 S при определении происхождения пищевых продуктов и фракционировании изотопов серы в растениях и животных». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 58 (5): 3139–3146. дои : 10.1021/jf903251k. ISSN  0021-8561. ПМИД  20141140.
  82. ^ Йоргенсен, Бо Баркер (апрель 1982 г.). «Минерализация органического вещества на морском дне - роль сульфатредукции». Природа . 296 (5858): 643–645. дои : 10.1038/296643a0. ISSN  0028-0836. S2CID  4308770.
  83. ^ abc Кавалларо, Вивиана; Магриби, Моэз; Каскетто, Мариакьяра; Сакки, Джан Аттилио; Носито, Фабио Франческо (2022). «Дискриминация стабильных изотопов серы в рисе: исследование массового баланса изотопов серы». Границы в науке о растениях . 13 : 837517. doi : 10.3389/fpls.2022.837517 . ISSN  1664-462X. ПМЦ 8960986 . ПМИД  35360342. 
  84. ^ Сешнс, Алекс Л.; Даути, Дэвид М.; Веландер, Паула В .; Вызов, Роджер Э.; Ньюман, Дайан К. (28 июля 2009 г.). «Продолжающаяся загадка великого события окисления». Современная биология . 19 (14): Р567–Р574. дои :10.1016/j.cub.2009.05.054. hdl : 1721.1/96187 . ISSN  0960-9822. PMID  19640495. S2CID  7346329.
  85. ^ Павлов, Аа; Кастинг, Дж. Ф. (1 марта 2002 г.). «Независимое от массы фракционирование изотопов серы в архейских отложениях: убедительные доказательства бескислородной архейской атмосферы». Астробиология . 2 (1): 27–41. Бибкод : 2002AsBio...2...27P. дои : 10.1089/153110702753621321. ISSN  1531-1074. ПМИД  12449853.
  86. ^ Занле, К.; Клэр, М.; Кэтлинг, Д. (2006). «Потеря независимого от массы фракционирования серы из-за палеопротерозойского коллапса атмосферного метана». Геобиология . 4 (4): 271–283. дои : 10.1111/j.1472-4669.2006.00085.x. ISSN  1472-4669. S2CID  28160293.
  87. ^ Шен, Янан; Фаркуар, Джеймс; Мастерсон, Эндрю; Кауфман, Алан Дж.; Бьюик, Роджер (30 марта 2009 г.). «Оценка роли микробной сульфатредукции в раннем архее с использованием четверной изотопной систематики». Письма о Земле и планетологии . 279 (3): 383–391. Бибкод : 2009E&PSL.279..383S. дои : 10.1016/j.epsl.2009.01.018. ISSN  0012-821X.
  88. ^ Шен, Янан; Бьюик, Роджер (1 февраля 2004 г.). «Древность микробной сульфатредукции». Обзоры наук о Земле . 64 (3): 243–272. Бибкод : 2004ESRv...64..243S. дои : 10.1016/S0012-8252(03)00054-0. ISSN  0012-8252.
  89. ^ Кэнфилд, Дональд Э.; Теске, Андреас (июль 1996 г.). «Позднепротерозойское повышение концентрации кислорода в атмосфере, полученное на основе филогенетических и изотопных исследований серы». Природа . 382 (6587): 127–132. Бибкод : 1996Natur.382..127C. дои : 10.1038/382127a0. ISSN  1476-4687. PMID  11536736. S2CID  4360682.
  90. ^ Бонтоньяли, Томазо Р.Р.; Сешнс, Алекс Л.; Оллвуд, Эбигейл К.; Фишер, Вудворд В.; Гротцингер, Джон П.; Вызов, Роджер Э.; Эйлер, Джон М. (18 сентября 2012 г.). «Изотопы серы органического вещества, сохранившиеся в строматолитах возрастом 3,45 миллиарда лет, демонстрируют микробный метаболизм». Труды Национальной академии наук . 109 (38): 15146–15151. дои : 10.1073/pnas.1207491109 . ISSN  0027-8424. ПМЦ 3458326 . ПМИД  22949693. 
  91. ^ abc Фике, Д.А.; Гротцингер, JP (1 июня 2008 г.). «Парный сульфат-пиритовый подход δ34S к пониманию эволюции эдиакарско-кембрийского цикла серы». Geochimica et Cosmochimica Acta . 72 (11): 2636–2648. Бибкод : 2008GeCoA..72.2636F. дои : 10.1016/j.gca.2008.03.021. ISSN  0016-7037.
  92. ^ abc Рэйвен, Морган Рид; Фике, Дэвид А.; Брэдли, Александр С.; Гомес, Майя Л.; Оуэнс, Джереми Д.; Уэбб, Сэмюэл А. (15 апреля 2019 г.). «Парные записи органического вещества и пирита δ34S раскрывают механизмы нарушения цикла углерода, серы и железа во время бескислородного события в океане 2». Письма о Земле и планетологии . 512 : 27–38. Бибкод : 2019E&PSL.512...27R. дои : 10.1016/j.epsl.2019.01.048 . ISSN  0012-821X.
  93. ^ Оуэнс, Джереми Д.; Гилл, Бенджамин К.; Дженкинс, Хью К.; Бейтс, Стивен М.; Северманн, Силке; Кайперс, Марсель ММ; Вудфайн, Ричард Г.; Лайонс, Тимоти В. (12 ноября 2013 г.). «Изотопы серы отслеживают глобальные масштабы и динамику эвксинии во время мелового океанического бескислородного события 2». Труды Национальной академии наук . 110 (46): 18407–18412. Бибкод : 2013PNAS..11018407O. дои : 10.1073/pnas.1305304110 . ISSN  0027-8424. ПМК 3831968 . ПМИД  24170863. 
  94. ^ Паскье, Вирджил; Саншофре, Пьер; Рабино, Марина; Ревийон, Сидони; Хоутон, Дженнифер; Фике, Дэвид А. (6 июня 2017 г.). «Изотопы серы пирита свидетельствуют о ледниково-межледниковых изменениях окружающей среды». Труды Национальной академии наук . 114 (23): 5941–5945. Бибкод : 2017PNAS..114.5941P. дои : 10.1073/pnas.1618245114 . ISSN  0027-8424. ПМЦ 5468663 . ПМИД  28533378. 
  95. ^ Фике, Дэвид А.; Брэдли, Александр С.; Роуз, Кэтрин В. (30 мая 2015 г.). «Переосмысление древнего цикла серы». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 43 (1): 593–622. Бибкод : 2015AREPS..43..593F. doi : 10.1146/annurev-earth-060313-054802. ISSN  0084-6597.
  96. ^ Аб Ках, Линда С.; Лайонс, Тимоти В.; Фрэнк, Трейси Д. (октябрь 2004 г.). «Низкий уровень морских сульфатов и длительная оксигенация протерозойской биосферы». Природа . 431 (7010): 834–838. Бибкод : 2004Natur.431..834K. дои : 10.1038/nature02974. ISSN  1476-4687. PMID  15483609. S2CID  4404486.
  97. ^ Хабихт, Кирстен С.; Гейд, Майкл; Тамдруп, Бо; Берг, Питер; Кэнфилд, Дональд Э. (20 декабря 2002 г.). «Калибровка уровней сульфатов в архейском океане». Наука . 298 (5602): 2372–2374. Бибкод : 2002Sci...298.2372H. дои : 10.1126/science.1078265. ISSN  0036-8075. PMID  12493910. S2CID  188175.
  98. ^ Кроу, Шон А.; Пэрис, Гийом; Кацев, Сергей; Джонс, КэрриЭйн; Ким, Сан-Тэ; Зеркл, Обри Л.; Номосатрио, Сулунг; Фаул, Дэвид А.; Адкинс, Джесс Ф.; Сешнс, Алекс Л.; Фаркуар, Джеймс (07 ноября 2014 г.). «Сульфат был незначительным компонентом архейской морской воды». Наука . 346 (6210): 735–739. Бибкод : 2014Sci...346..735C. дои : 10.1126/science.1258966. ISSN  0036-8075. PMID  25378621. S2CID  206561027.