基于GDGTs的古环境参数在半混合型湖泊和高原湖泊的适用性研究

近来发展起来的生物标志物参数TEX86得到了日益重视。远洋泉古菌特殊的细胞膜组成部分甘油二烷基甘油四醚脂(GDGTs)包含有五元环, 而且五元环的加权平均数目随温度升高而增加。尽管TEX86作为海水表层温度参数已被广泛应用，但GDGTs在不同深度的分布和控制因素仍不清楚。在底部厌氧海洋环境中用TEX86重建的温度明显低于实测温度。调查清楚GFGTs在水体中的分布是将TEX86指标作为湖泊表层水温参数应用的前提。申请者此前对分层湖泊的研究表明在溶解氧跃层的最底部可能存在着大量的GDGT。本项目拟通过对两个半混合型永久分层的湖泊以及不分层湖泊进行综合的研究，调查水体中GDGT的分布和温度、溶解氧、氮的氧化还原状态等因素之间的关系。结合以DNA的分析，阐明各类古菌在水体中的分布，查清TEX86作为温度参数在半混合型湖泊和高原湖泊中的可适用性。同时寻找可以指示化学跃层和永滞层的特征生物标。

.尽管基于GDGTs的古环境参数如TEX86, MBT和CBT等得到了广泛应用，但是水柱中isoprenoid GDGTs (isoGDGT)和branched GDGTs (brGDGT)s的产生过程以及对温度、pH以及氧化还原指数的原位响应在很大程度上还是未知。水柱里溶解氧的消耗或硝酸根到铵根的转化会影响到isoGDGTs的分布吗？ TEX86 参数在海洋环境里应用最成功, 但在湖泊里应用成功的例子不多。Branched GDGT通常被认为来自于流域土壤里细菌的细胞膜，但是近来发现也可能是水体里产生的。..我们调查了中国东部21个淡水湖泊，涵盖了较大范围的年平均气温(MAAT)、导电率和碱度。表层沉积物的MBT/CBT参数不光和MAAT有着良好关系，而且MBT参数和导电率相关性很好，CBT参数则和碱度紧密相关。这表明，湖泊表层沉积物里相当一部分的brGDGTs可能是在水体产生的。我们认为，除了pH以外，产生brGDGTs的微生物会响应湖水的碱度、盐度或者离子强度等化学性质来调整细胞膜的结构。这对利用MBT、CBT等参数进行古气候重建提出了挑战，但有成为重建其他环境因素的潜力。..我们对挪威Lofoten群岛上的Indrepollen这一分层湖泊进行了综合研究，测量了水柱的温度、pH、溶解氧、水的氢同位素。根据温度和溶解氧曲线选择了采样位置采集水样。我们发现，isoGDGTs并不是主要产生在表层湖水。90%以上集中在温度和溶解氧跃层的底部，这刚好是NO3- 完全转化为NH4+的位置。表层沉积物的TEX86 事实上记录了溶解氧跃层的年平均温度，从而导致重建的温度远远低于实测表层水温。Caldarchaeol/crenarchaeol比例和水柱里的溶解氧含量呈现负相关，比值 >1.4 指示着在厌氧底部湖水里主要贡献来自于产甲烷古菌。CBT 参数随深度下降，但是在溶解氧跃层里反转。而MBT 参数随深度下降。这些趋势表明branched GDGTs可以在水柱里原位产生，而且它们的分布可以被改造。我们的结果表明在厌氧或者静海的湖泊、海湾和海盆等环境中利用TEX86来重建温度时要特别谨慎，TEX86重建的温度往往要低于藻类生物标志物重建的温度或者实测温度。我们建议把caldarchaeol/crenarchaeol 比例和BIT、TEX86 结合起来可以帮助重建水体分层强度。