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地球环境研究所通过室内培养实验证实了砗磲天纹层的生长模式

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砗磲是全球最大的双壳贝类之一,其致密的文石壳体通常具有天生长纹层。从天纹层中获取的天-小时分辨率地球化学代用指标(如Fe/Ca、Ba/Ca)已被证明有潜力重建台风、寒潮等极端天气事件。然而,砗磲天纹层特征仍有待标记实验加以证实;同时,现有研究大多基于野生样本,而野生砗磲往往同时受到多种环境因素的共同影响,使得我们难以精准识别影响其地球化学指标变化的具体环境因素。

鉴于此,中国科学院地球环境研究所“气候变化集成-模拟-同化-预测(CLIMAP)”团队通过室内培养实验,在光照、盐度稳定,仅有温度作为单一变量的背景下,监测水体元素变化,结合钙黄绿素荧光标记手段,对无鳞砗磲天纹层生长特征进行验证,对影响其超高分辨率Sr/Ca、Mg/Ca日变化的环境及生理因素进行探讨。

研究直接证实了砗磲天纹层的生长模式:天纹层由一个宽且暗的生长带和窄且亮的生长线组成,其中宽暗带形成于白天,该区域Sr/Ca比值较低;窄亮线形成于夜间,该区域Sr/Ca比值较高(图1和图2)。天-小时分辨率Sr/Ca序列显示,即使在白天恒温恒光以及夜晚恒温无光的条件下,无鳞砗磲天-小时分辨率Sr/Ca仍旧存在明显变化,表明砗磲Sr/Ca受生理作用调控。针对此现象,团队提出“Sr/Ca昼夜双控制机制假说”:白天,光照增强了外套膜内某些光介导酶的活性,同时,由于白天钙化较快,外套膜中因钙化产生的氢离子浓度较高,为了维持酸碱平衡,砗磲会主动清除过剩的氢离子,这两种作用协同调控,促进了Ca2+向壳体中掺入,引起Sr/Ca比值的降低。然而,即使光照强度相同,不同酶的种类和活性存在差异,意味着其对Ca2+掺入的促进作用并非恒定,这可能导致即使在一致的光照条件下,Sr/Ca比值仍会出现波动(图3);夜间,无光条件限制了砗磲生长,生物矿化过程中有机基质富集,在外套膜外液(EPF)中对Sr2+有较高选择性的有机基质,促进了Sr2+向壳体中的掺入,导致Sr/Ca比值升高。然而,EPF中有机基质的组成和浓度并非恒定,其对Sr2+掺入的促进作用也存在差异,因此每晚Sr/Ca比值也并非恒定(图3)。

该成果近期在Geoscience Frontiers上发表,西安交通大学-中国科学院地球环境研究所联合培养博士研究生杨昊天为第一作者,中国科学院地球环境研究所刘成程副研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金(42473087, 42025304, M-0163)的资助。

Yang, H., Liu, C., Yang, Y., Liu, S., Wang, G., Li, J., Zhou, P., Wen, H., Dodson, J., Li, X. and Yan, H., 2026. The daily growth band patterns of Tridacna derasa – Evidence from culture experiments. Geoscience Frontiers, 17(3): 102265.https://doi.org/10.1016/j.gsf.2026.102265


图1.砗磲样品HTE2R(A、B)和HTE2L(C、D)在培养实验中新形成的区域和天纹层的显微成像图。白色箭头指示生长方向(Dog)。


图2 小时分辨率Sr/Ca、Mg/Ca序列、光照昼夜周期与壳体天纹层呈现一一对应关系。HTE2R样品Sr/Ca峰值对应夜间及天纹层的窄亮线,谷值则对应白天及天纹层的宽暗带。白色箭头指示生长方向(Dog)。


图3 Sr/Ca昼夜双控制机制假说示意图。

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