與GDGTs相關的不同指標的應用

方正坤

摘 要：GDGTs是來自細菌以及古菌的膜脂，由于其具有多種組成部分并且結構穩定，近年來，一直被廣大學者應用到多種自然環境中研究古氣候以及古環境。GDGTs主要可以根據其分子結構分為iGDGTs以及bGDGTs。其中，iGDGTs主要來自古菌，bGDGTs主要來自細菌。在之前的研究中，iGDGT主要在海洋環境中作為替代指標，而brGDGTs主要作為礦物質土壤以及湖泊沉積物的替代指標，它們常常作為合適的脂類生物標志物，通過多種指標重建古氣候。

關鍵詞：GDGT;脂類生物標記物;氣候參數

GDGTs是一種在生物膜中生成的脂類，由于其廣泛分布在不同的復雜自然環境中，近年來，作為替代指標被廣泛應用于古環境的重建中。對于GDGTs是如何形成的，還要追溯到20世紀70年代末期以及80年代早期，那時，有機地球化學學家們首先發現了一些間接證據，證明這些醚脂類是由古菌合成的[1]。類異戊二烯GDGTs最早被定義為在極端環境下生存的嗜極古菌，第一個支持GDGTs的非極端環境來源的地球化學學家是Michaelis和Albrecht（1979）[2]。

1?GDGTs的結構分類

GDGTs的主要區別在于結構的不同，可以根據甲基化以及環化的有無、等級將其大體分為類異戊二烯GDGT（iGDGTs）以及非類異戊二烯支鏈GDGT（bGDGTs）（見圖1）[3]。

1.1? 類異戊二烯GDGTs

類異戊二烯GDGTs，簡稱iGDGTs，根據分子結構中環戊烷基的數量，將其劃分為GDGT-0～8一共9種，GDGT-0大多出現在所有古菌的主要群落，是古菌的產物。奇古菌醇在與阿拉伯海沉積物分離后，用兩種尺寸的NMR定義發現了另一種重要的isoGDGT[4]，這種獨特的isoGDGT在被多數有機生物地球化學家研究后，被認為是奇古菌門中獨特存在的GDGT[1]。近年來，GDGT-0～4以及奇古菌醇主要被廣泛應用于氣候的重建中。古菌及其產生的isoGDGTs開始被認為僅出現在極端環境中，因為醚鍵可以讓微生物更好地適應極端環境，但是隨后很多學者在海洋、湖泊以及土壤等其他環境中也發現了isoGDGTs[5]。

1.2? 非類異戊二烯GDGTs

非類異戊二烯GDGTs，簡稱brGDGTs，是唯一一種醚鏈細菌膜脂。brGDGTs被認為是由細菌產生的，并且往往在缺氧環境中含量更高，說明生產brGDGTs的微生物應該是厭氧型或者兼性好氧型的細菌[6]。隨著液相質譜分離技術的發展，Sinninghe Damsté等[7]在荷蘭泥炭地中首先發現、建立并定義了支鏈GDGTs、GDGT-Ⅰ以及GDGT-Ⅱ。

2?與GDGTs相關的替代指標

2.1? TEX86及其相關指標

2002年，Schouten等[5]就GDGTs特性，介紹了TEX86，認為其可基于不同的isoGDGTs來計算海平面溫度：

2007年，Kim等[8]建立了另一個等式來說明TEX86指標與年平均氣溫的關系：

SST=56.2×TEX86-10.8（r2=0.935，n=223）（2）

2.2? MBT、CBT及其相關指標

Weijers等[9]發現，brGDGTs的分布與平均年度大氣溫度（MAT）以及土壤中的pH有著很顯著的關系。為了量化這些在分布上的特征，建立了MBT以及CBT：

Weijers等[9]同時給出以下公式：

MBT=0.867+0.096×pH+0.021×MAT（r2=0.82）（5）

CBT=3.33-0.38×pH（r2=0.70）（6）

為了利用MBT來作為古溫度指標，土壤pH需要先從CBT指標中獲得，因此，可以得出以下MBT公式：

MBT=0.122+0.187×CBT+0.020×MAT（r2=0.77）（7）

Peterse等[10]重新運用更加廣泛的土壤數據以補貼方式來重新測量了這些刻度，仍然認為CBT與土壤pH關系最密切：

pH=7.90-1.97×CBT（r2=0.70，n=176）（8）

3?結語

GDGTs從發現到運用再到現在的不斷發展與研究，已經成為一種有機地球化學范疇內非常重要的生物標記物，不同學者們已經運用GDGTs的不同類型（brGDGTs和isoGDGTs）以及不同類型GDGTs之間的關系，定義了多種替代指標，這些指標可以很好地應用在多種環境中。但是這些指標的運用仍然有著很多方面的限制以及約束。相關的替代指標需要進行更進一步的發展和改變。同時，一些新的、更好的指標也需要被建立起來，進而更好地應用在各種自然環境中。

[參考文獻]

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[2]MICHAELIS W，ALBRECHT P.Molecular fossils of archaebacteria in kerogen[J].Naturwissenschaften，1979，66（8）：420-422.

[3]NAAFS B D A，INGLIS G N，ZHENG Y，et al.Introducing global peat-specific temperature and pH calibrations based on brGDGT bacterial lipids[J].Geochimica Et Cosmochimica Acta，2017（208）：285-301.

[4]DAMST? J S S，HOEFS M J L，RIJPSTRA W I C，et al.The influence of oxic degradation on the sedimentary biomarker record I： evidence from Madeira Abyssal Plain turbidites[J].Geochimica Et Cosmochimica Acta，2002，66（15）：2719-2735.

[5]SCHOUTEN S，HOPMANS E C，SCHEFU? E，et al. Distributional variations in marine crenarchaeotal membrane lipids： a new tool for reconstructing ancient sea water temperatures[J].Earth and Planetary Science Letters，2002（204）：265-274.

[6]WEIJERS J W H，SCHOUTEN S，HOPMANS E C，et al.Membrane lipids of mesophilic anaerobic bacteria thriving in peats have typical archaeal traits[J].Environmental Microbiology，2006（8）：648-657.

[7]DAMST? J S S，HOPMANS E C，PANCOST R D，et al.Newly discovered non-isoprenoid glycerol dialkylglycerol tetraether lipids in sediments[J].Chemical Communications，2000（17）：1683-1684.

[8]KIM J H，LUDWIG W，SCHOUTEN S，et al.Impact of flood events on the transport of terrestrial organic matter to the ocean： a study of the Têt River（SW France）using the BIT index[J].Organic Geochemistry，2007（38）：1593-1606.

[9]WEIJERS J，SCHOUTEN S，DAMSTE J.Bacterial tetraether membrane lipids in soils and their application in palaeoenvironmental studies[J].Geochimica Et Cosmochimica Acta，2007，71（15）：A1098.

[10]PETERSE F，MEER J，SCHOUTEN S，et al.Revised calibration of the MBT-CBT paleotemperature proxy based on branched tetraether membrane lipids in surface soils[J].Geochimica Et Cosmochimica Acta，2012（96）：215-229.