锶同位素(87Sr/86Sr)微采样-建模联合工作流揭示大象牙釉质迁移记录：现代动物模型对古生态重建的启示

本研究通过已知迁徙历史的动物园大象模型，结合LA-ICP-MS原位分析、常规钻孔和微铣削技术，系统评估了牙釉质87Sr/86Sr记录中生物周转、矿化成熟和采样方法三种衰减效应，提出靶向内层釉质微采样结合BITS逆向建模的工作流，为古生物迁徙重建提供了量化校正框架。

　　

在古生态学和考古学领域，锶同位素(87Sr/86Sr)分析已成为追踪动物和人类迁徙的"化学GPS"。然而这个技术面临三重挑战：生物体内锶的缓慢周转会模糊原始信号，牙釉质长达数年的矿化成熟过程导致时间平均效应，而传统采样方法可能进一步扭曲记录。这些因素如何影响87Sr/86Sr数据的解读？犹他大学（University of Utah）领衔的研究团队通过一头具有精确迁徙记录的非洲象(Misha)的牙釉质与象牙的对比研究，在《Communications Biology》发表的研究给出了量化答案。

研究人员采用LA-ICP-MS(激光剥蚀电感耦合等离子体质谱)对臼齿釉质进行87Sr/86Sr原位绘图，结合常规钻孔和微铣削采样，同步分析同一牙板中碳氧同位素。通过比对已知迁徙时间点的象牙牙本质记录，建立贝叶斯同位素周转采样(BITS)模型量化信号衰减。

LA-ICP-MS揭示釉质87Sr/86Sr空间异质性

高分辨率锶同位素图谱显示，釉质内部87Sr/86Sr变化边界与釉质沉积线呈3.3°夹角，最内层150微米区域(Transect 1)与象牙记录高度吻合，而外层釉质(Transect 10)因成熟过程混入23%后期锶信号。

多方法对比显示采样偏差

常规钻孔样品因整合不同矿化阶段的釉质，导致87Sr/86Sr变化幅度衰减40%；微铣削路径虽遵循釉质生长角度，但仍产生8%的时间平均效应。模拟显示仅靶向0.2mm内层釉质可保留95%原始信号。

矿化过程的空间梯度效应

锶在釉质中的扩散受限特性使其成熟效应集中在距外表面300微米范围内，而碳氧同位素受影响范围更大。这种差异源于釉细胞在成熟期通过外表面运输离子的特殊机制。

逆向建模重建原始迁徙信号

应用BITS模型对LA-ICP-MS和微铣削数据进行逆向计算，成功还原出与大象实际迁徙历史一致的87Sr/86Sr摄入曲线，证实微采样-建模联合工作流的可靠性。该框架可校正不同厚度釉质的信号衰减，使猛犸象等古生物的季节性迁徙重建更加精确。

这项研究建立了首个量化评估牙釉质87Sr/86Sr衰减的完整框架，其意义超越古生态学领域。对于法医学中人类遗骸溯源、考古学中古代家畜管理策略研究，乃至现代濒危动物迁徙保护的基线建立，都提供了方法论革新。特别值得注意的是，研究揭示内层釉质比传统认知更能忠实记录生物地球化学信号，这一发现将促使重新评估已发表的同位素迁徙研究。团队开发的BITS模型代码已开源，为领域内实现标准化分析提供工具支持。未来通过更多现生物种的控制喂养实验，将进一步优化这一工作流的普适性。