方正坤

摘 要：GDGTs是來自細(xì)菌以及古菌的膜脂，由于其具有多種組成部分并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，近年來，一直被廣大學(xué)者應(yīng)用到多種自然環(huán)境中研究古氣候以及古環(huán)境。GDGTs主要可以根據(jù)其分子結(jié)構(gòu)分為iGDGTs以及bGDGTs。其中，iGDGTs主要來自古菌，bGDGTs主要來自細(xì)菌。在之前的研究中，iGDGT主要在海洋環(huán)境中作為替代指標(biāo)，而brGDGTs主要作為礦物質(zhì)土壤以及湖泊沉積物的替代指標(biāo)，它們常常作為合適的脂類生物標(biāo)志物，通過多種指標(biāo)重建古氣候。

關(guān)鍵詞：GDGT;脂類生物標(biāo)記物;氣候參數(shù)

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(fù)雜自然環(huán)境中，近年來，作為替代指標(biāo)被廣泛應(yīng)用于古環(huán)境的重建中。對于GDGTs是如何形成的，還要追溯到20世紀(jì)70年代末期以及80年代早期，那時，有機(jī)地球化學(xué)學(xué)家們首先發(fā)現(xiàn)了一些間接證據(jù)，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(huán)境下生存的嗜極古菌，第一個支持GDGTs的非極端環(huán)境來源的地球化學(xué)學(xué)家是Michaelis和Albrecht（1979）[2]。

1?GDGTs的結(jié)構(gòu)分類

GDGTs的主要區(qū)別在于結(jié)構(gòu)的不同，可以根據(jù)甲基化以及環(huán)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(jù)分子結(jié)構(gòu)中環(huán)戊烷基的數(shù)量，將其劃分為GDGT-0～8一共9種，GDGT-0大多出現(xiàn)在所有古菌的主要群落，是古菌的產(chǎn)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(fā)現(xiàn)了另一種重要的isoGDGT[4]，這種獨(dú)特的isoGDGT在被多數(shù)有機(jī)生物地球化學(xué)家研究后，被認(rèn)為是奇古菌門中獨(dú)特存在的GDGT[1]。近年來，GDGT-0～4以及奇古菌醇主要被廣泛應(yīng)用于氣候的重建中。古菌及其產(chǎn)生的isoGDGTs開始被認(rèn)為僅出現(xiàn)在極端環(huán)境中，因?yàn)槊焰I可以讓微生物更好地適應(yīng)極端環(huán)境，但是隨后很多學(xué)者在海洋、湖泊以及土壤等其他環(huán)境中也發(fā)現(xiàn)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(xì)菌膜脂。brGDGTs被認(rèn)為是由細(xì)菌產(chǎn)生的，并且往往在缺氧環(huán)境中含量更高，說明生產(chǎn)brGDGTs的微生物應(yīng)該是厭氧型或者兼性好氧型的細(xì)菌[6]。隨著液相質(zhì)譜分離技術(shù)的發(fā)展，Sinninghe Damsté等[7]在荷蘭泥炭地中首先發(fā)現(xiàn)、建立并定義了支鏈GDGTs、GDGT-Ⅰ以及GDGT-Ⅱ。

2?與GDGTs相關(guān)的替代指標(biāo)

2.1? TEX86及其相關(guān)指標(biāo)

2002年，Schouten等[5]就GDGTs特性，介紹了TEX86，認(rèn)為其可基于不同的isoGDGTs來計(jì)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(biāo)與年平均氣溫的關(guān)系：

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

2.2? MBT、CBT及其相關(guān)指標(biāo)

Weijers等[9]發(fā)現(xiàn)，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(guān)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(biāo)，土壤pH需要先從CBT指標(biāo)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(yùn)用更加廣泛的土壤數(shù)據(jù)以補(bǔ)貼方式來重新測量了這些刻度，仍然認(rèn)為CBT與土壤pH關(guān)系最密切：

pH=7.90-1.97×CBT（r2=0.70，n=176）（8）

3?結(jié)語

GDGTs從發(fā)現(xiàn)到運(yùn)用再到現(xiàn)在的不斷發(fā)展與研究，已經(jīng)成為一種有機(jī)地球化學(xué)范疇內(nèi)非常重要的生物標(biāo)記物，不同學(xué)者們已經(jīng)運(yùn)用GDGTs的不同類型（brGDGTs和isoGDGTs）以及不同類型GDGTs之間的關(guān)系，定義了多種替代指標(biāo)，這些指標(biāo)可以很好地應(yīng)用在多種環(huán)境中。但是這些指標(biāo)的運(yùn)用仍然有著很多方面的限制以及約束。相關(guān)的替代指標(biāo)需要進(jìn)行更進(jìn)一步的發(fā)展和改變。同時，一些新的、更好的指標(biāo)也需要被建立起來，進(jìn)而更好地應(yīng)用在各種自然環(huán)境中。

[參考文獻(xiàn)]

[1]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.

[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.