与GDGTs相关的不同指标的应用

方正坤

摘 要：GDGTs是来自细菌以及古菌的膜脂，由于其具有多种组成部分并且结构稳定，近年来，一直被广大学者应用到多种自然环境中研究古气候以及古环境。GDGTs主要可以根据其分子结构分为iGDGTs以及bGDGTs。其中，iGDGTs主要来自古菌，bGDGTs主要来自细菌。在之前的研究中，iGDGT主要在海洋环境中作为替代指标，而brGDGTs主要作为矿物质土壤以及湖泊沉积物的替代指标，它们常常作为合适的脂类生物标志物，通过多种指标重建古气候。

关键词：GDGT;脂类生物标记物;气候参数

GDGTs是一种在生物膜中生成的脂类，由于其广泛分布在不同的复杂自然环境中，近年来，作为替代指标被广泛应用于古环境的重建中。对于GDGTs是如何形成的，还要追溯到20世纪70年代末期以及80年代早期，那时，有机地球化学学家们首先发现了一些间接证据，证明这些醚脂类是由古菌合成的[1]。类异戊二烯GDGTs最早被定义为在极端环境下生存的嗜极古菌，第一个支持GDGTs的非极端环境来源的地球化学学家是Michaelis和Albrecht（1979）[2]。

1 GDGTs的结构分类

GDGTs的主要区别在于结构的不同，可以根据甲基化以及环化的有无、等级将其大体分为类异戊二烯GDGT（iGDGTs）以及非类异戊二烯支链GDGT（bGDGTs）（见图1）[3]。

1.1  类异戊二烯GDGTs

类异戊二烯GDGTs，简称iGDGTs，根据分子结构中环戊烷基的数量，将其划分为GDGT-0～8一共9种，GDGT-0大多出现在所有古菌的主要群落，是古菌的产物。奇古菌醇在与阿拉伯海沉积物分离后，用两种尺寸的NMR定义发现了另一种重要的isoGDGT[4]，这种独特的isoGDGT在被多数有机生物地球化学家研究后，被认为是奇古菌门中独特存在的GDGT[1]。近年来，GDGT-0～4以及奇古菌醇主要被广泛应用于气候的重建中。古菌及其产生的isoGDGTs开始被认为仅出现在极端环境中，因为醚键可以让微生物更好地适应极端环境，但是随后很多学者在海洋、湖泊以及土壤等其他环境中也发现了isoGDGTs[5]。

1.2  非类异戊二烯GDGTs

非类异戊二烯GDGTs，简称brGDGTs，是唯一一种醚链细菌膜脂。brGDGTs被认为是由细菌产生的，并且往往在缺氧环境中含量更高，说明生产brGDGTs的微生物应该是厌氧型或者兼性好氧型的细菌[6]。随着液相质谱分离技术的发展，Sinninghe Damsté等[7]在荷兰泥炭地中首先发现、建立并定义了支链GDGTs、GDGT-Ⅰ以及GDGT-Ⅱ。

2 与GDGTs相关的替代指标

2.1  TEX86及其相关指标

2002年，Schouten等[5]就GDGTs特性，介绍了TEX86，认为其可基于不同的isoGDGTs来计算海平面温度：

2007年，Kim等[8]建立了另一个等式来说明TEX86指標与年平均气温的关系：

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

2.2  MBT、CBT及其相关指标

Weijers等[9]发现，brGDGTs的分布与平均年度大气温度（MAT）以及土壤中的pH有着很显著的关系。为了量化这些在分布上的特征，建立了MBT以及CBT：

Weijers等[9]同时给出以下公式：

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

CBT=3.33-0.38×pH（r2=0.70）（6）

为了利用MBT来作为古温度指标，土壤pH需要先从CBT指标中获得，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]重新运用更加广泛的土壤数据以补贴方式来重新测量了这些刻度，仍然认为CBT与土壤pH关系最密切：

pH=7.90-1.97×CBT（r2=0.70，n=176）（8）

3 结语

GDGTs从发现到运用再到现在的不断发展与研究，已经成为一种有机地球化学范畴内非常重要的生物标记物，不同学者们已经运用GDGTs的不同类型（brGDGTs和isoGDGTs）以及不同类型GDGTs之间的关系，定义了多种替代指标，这些指标可以很好地应用在多种环境中。但是这些指标的运用仍然有着很多方面的限制以及约束。相关的替代指标需要进行更进一步的发展和改变。同时，一些新的、更好的指标也需要被建立起来，进而更好地应用在各种自然环境中。

[参考文献]

[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.