高背景Ba2+环境下砗磲(Tridacna derasa)壳体元素/Cashell的日-小时尺度环境与代谢调控机制

本研究通过实验室培养实验，解析了砗磲(Tridacna derasa)壳体日-小时尺度Ba/Cashell、Sr/Cashell和Mg/Cashell的环境响应与代谢调控机制，发现内层壳体的Ba2+跨细胞运输与温度负相关，而高Ba2+水平下Ba/Cashell与Sr/Cashell同步掺入现象颠覆了传统温度代用指标认知，为极端天气重建提供新理论依据。

　　

在热带珊瑚礁生态系统中，巨型双壳类砗磲(Tridacna)的碳酸盐壳体如同天然的气候记录仪，其年生长纹层已广泛应用于古气候重建。然而，当研究尺度精细至日-小时级别时，壳体元素/Ca_shell比值的环境指示意义却陷入迷雾——究竟是外界环境驱动，还是生物代谢主导？这一谜题严重制约了砗磲壳体在台风等极端天气事件重建中的应用。中国科学院地球环境研究所的研究团队通过创新性的实验室培养体系，首次揭示了高背景Ba²⁺浓度下砗磲壳体元素掺入的时空分异规律，相关成果发表于《Global and Planetary Change》。

研究采用三阶段培养实验设计：前两阶段模拟自然昼夜温度波动（25-30℃），第三阶段控制光照周期（12:12小时）。实验对象为2020年海南三亚培育的砗磲(Tridacna derasa)T1个体，培养过程中人工海水Ba/Ca_water浓度提升至自然海水的45倍。通过激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)分析壳体剖面元素分布，结合X射线衍射(XRD)确定文石相矿物组成。

响应性差异的时空图谱
内层壳体Ba/Ca_shell与海水Ba/Ca_water显著正相关(r=0.37,p<0.01)，去趋势后与水温呈负相关(r=-0.45,p<0.001)，而外层响应滞后且幅度弱。这种分异源于代谢活性差异：内层通过跨细胞运输(intercellular transport)快速响应环境变化，外层依赖细胞内运输(intracellular transport)受生理节律调控。

离子掺入的协同效应
高Ba²⁺环境下，内层Ba/Ca_shell与Sr/Ca_shell出现异常强相关性(r=0.78,p<0.001)，表明两者通过相同通道竞争掺入。这种同步掺入现象导致传统温度代用指标Sr/Ca_shell失去水温指示意义，揭示了元素间交互作用对代用指标的潜在干扰。

镁元素的独立路径
Mg/Ca_shell始终未显示与Ba²⁺或Sr²⁺的相关性，暗示其掺入可能涉及独立的膜转运系统或表面吸附机制，这为多元素耦合分析提供了重要约束条件。

这项研究建立了砗磲壳体元素/Ca_shell的"环境-代谢"双驱动模型，证实日-小时尺度记录中Ba²⁺可作为有效的时间标记物。发现的高浓度Ba²⁺对Sr/Ca_shell温度信号的掩盖效应，对古天气重建的样本筛选具有警示意义。团队提出的"代谢活性梯度导致元素掺入分异"理论，为理解生物矿化过程中离子选择机制提供了新视角，推动砗磲从古气候"温度计"向古天气"事件检测器"的跨越。未来研究需结合转录组学进一步揭示离子通道的分子调控网络，以完善极端天气事件的重建模型。