2022年2月，国际地学知名期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》以“Archaeal tetraether lipids and their biphytane carbon isotope composition in sediments along an estuarine biogeochemical gradient”为题发表了我院贺娟讲师、贾国东教授与合作者的研究成果，阐述河口沉积物中古菌碳同位素所反映的生物地球化学和碳循环信息。
类异戊二烯甘油二烷基甘油四醚类化合物(isoGDGTs)是古菌的细胞膜脂，其中的泉古菌醇被认为是海洋氨氧化奇古菌（AOA）的特征生物标志物。已有数据表明，不同海洋沉积环境中由泉古菌醇裂解出的C40:3双植烷单体的稳定碳同位素组成（δ13C40:3）变化范围很小，因此长期被假定为可以用来反映海水溶解无机碳的同位素（δ13CDIC）变化。但在尚未完全理清AOA的自养/异养属性，以及泉古菌醇是否专属于AOA膜脂的情况下，这种假定的可靠性存有很大疑问。近期对大洋水柱颗粒物中泉古菌醇δ13C的分析发现，它实际上与δ13CDIC呈反向变化，二者之间的同位素分馏（εAr）可能反映的是次表层海水中pCO2的变化，并能够用AOA的自养碳固定模型加以定量描述（Pearson et al., 2019, GCA），但是在pCO2和δ13CDIC变化范围更大、古菌类型更复杂的海洋环境中，这一结果的可靠性尚不清楚。
针对上述问题，该研究从珠江口上游淡水到外海的断面开展工作（图1）。在这一断面上，呈现出一系列的盐度、pCO2、δ13CDIC和古菌类型等的梯度变化。
图1. 研究取样点。A9、A8、E601和S206位点位于河口外的内陆架。
通过对沉积物中isoGDGTs的裂解双植烷单体δ13C进行分析测试，发现产甲烷和嗜甲烷古菌、MG II 广古菌等的信息在非C40:3的双植烷δ13C中都有体现，而δ13C40:3未受这些古菌输入的影响，表明泉古菌醇是可靠的AOA标志物（图2）。
图2. 不同位点双植烷和沉积有机碳δ13C值及MI（甲烷指数）值。C40:0, C40:1, C40:2, C40:3为不同的双植烷单体，MAR样点代表四个陆架沉积物的平均值。
进一步分析计算沿断面的εAr值，发现该值的变化能够运用AOA的自养碳固定模型加以定量描述，可以较好地反映水体pCO2从珠江口上游的数千ppm到外海的~300 ppm的变化梯度（图3）。这一工作为运用泉古菌醇的碳同位素进行古海洋碳循环研究提供了有力的理论和数据基础。同时，根据该工作的数据，还对AOA的自养碳固定模型中的一些参数进行了限定和修订，为该模型提供了重要的实测参考。
图3. 从珠江口上游到外海各参数变化：(a)盐度, (b) δ13CDIC, (c) δ13C40:3, (d) εAr和 (e) pCO2。
本文第一作者为我院贺娟讲师，通讯作者为我院贾国东教授，合作者包括本院已毕业硕士研究生贾佳源，东华理工大学郭威博士。本研究由国家自然科学基金项目（No. 41276072）资助。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703721007213