海洋生态系统的硫同位素之谜：历史切萨皮克湾生物群落中δ34 S变异的生态与考古意义

研究人员针对海洋生态系统中硫同位素(δ34 S)变异机制不明的问题，通过分析切萨皮克湾历史动物骨骼胶原的δ34 S、δ13 C和δ15 N，发现底栖初级生产是导致海洋消费者硫同位素异常的关键因素，为考古和生态同位素解释框架提供了新视角。

　　

在海洋生态学和考古学领域，硫同位素(δ³⁴
S)分析长期被视为解读生物食性和迁徙模式的重要工具。然而，传统观点认为海洋硫酸盐的同位素组成高度均一，导致δ³⁴
S在海洋生态系统中的应用受限。这种认知掩盖了一个关键问题：为何某些海洋生物会表现出与预期不符的硫同位素特征？更令人困惑的是，尽管早期研究已发现底栖初级生产可能通过硫化物影响食物网，但这种现象在广域海洋生态系统中的普遍性及其生态意义仍不明确。

为破解这一谜题，由Eric Guiry领衔的国际研究团队选择历史悠久的切萨皮克湾作为天然实验室。这个位于美国弗吉尼亚州的河口系统，不仅保存着17世纪殖民时期Jamestown遗址的动物遗存，更因其复杂的盐度梯度和多样的生境成为研究海洋-淡水过渡带生态过程的理想场所。研究人员创新性地将考古材料与现代生态学理论结合，通过对68件前工业化时代海洋动物骨骼胶原的多同位素分析，揭示了底栖微藻群落对海洋食物网硫循环的深远影响。这项突破性成果发表于《Journal of Archaeological Science》，为理解历史海洋生态系统打开了新窗口。

研究团队采用跨学科方法体系：首先通过考古学采样策略确保样本代表性和年代可靠性，选择Jamestown遗址1607-1700年间的鱼类、海洋哺乳动物和鸟类骨骼；其次运用改良的Longin法提取骨骼胶原，结合元素分析-同位素比值质谱(EA-IRMS)同步测定δ¹³
C、δ¹⁵
N和δ³⁴
S；最后通过统计学分析比较不同生态位物种的同位素差异。质量控制方面严格遵循国际标准，包括胶原纯度指标(C:N_原子
比)和硫含量验证。

4.1 稳定碳氮同位素生态学
数据揭示出显著的生态位分化：以海草为食的羊头鱼和石首鱼呈现异常高的δ¹³
C值(-7.2±1.7‰)，而远洋鸟类百慕大圆尾鹱则显示典型的海洋信号(δ¹³
C=-13.3±0.3‰)。值得注意的是，短吻鲟和 Atlantic鲟虽然主要利用海洋资源，但两个个体出现低δ¹³
C值(-16.6‰和-15.1‰)，暗示其季节性进入淡水栖息地的行为。

4.2 硫同位素的跨类群变异
百慕大圆尾鹱的δ³⁴
S(+18.5±0.2‰)成为海洋硫酸盐基准值，而本地海洋类群均值(+12.4±2.4‰)显著偏低。特别引人注目的是，以底栖为食的羊头鱼δ³⁴
S低至+6.6±4.0‰，证实海草床硫化物的强烈影响。更关键的是，宽吻海豚(+12.8±0.8‰)和鲟鱼(+13.6±0.7‰)等非底栖专食者也显示硫同位素偏移，暗示底栖微藻的影响可能遍及整个沿海食物网。

4.3 切萨皮克湾历史生态
从历史生态学视角，研究首次证实17世纪切萨皮克湾存在广泛的海草生态系统，并为沿岸型宽吻海豚生态型的长期存在提供了同位素证据。考古样本记录的底栖-浮游营养耦合现象，为重建工业化前海洋食物网结构提供了重要基线。

这项研究彻底改变了学界对海洋硫同位素变异的认知：首先证明δ³⁴
S的微小差异(2-3‰)可能反映重要的生态过程，而非测量误差；其次揭示底栖初级生产对海洋食物网的广泛影响，这种效应在光透层可达的海岸带生境可能具有全球普遍性。在方法论层面，研究展示了考古材料在解决长期生态学问题中的独特价值——骨骼胶原整合多年饮食信号的特点，使其成为研究历史生态系统稳态的理想载体。

该发现对考古学和生态学领域产生双重冲击：一方面为鉴别古代人类利用河口与海洋资源提供了新指标，特别是在识别海藻养殖场等特殊海洋栖息地方面；另一方面提示未来海洋生态系统研究需重新评估底栖-浮游耦合的硫循环路径。正如作者强调的，这项工作只是揭开"海洋硫循环黑箱"的起点，后续需要更多区域和物种的δ³⁴
S数据来验证这一生态模式的普适性。随着同位素分析技术的进步，硫同位素有望与碳氮同位素组成"三重同位素体系"，成为解析复杂海洋食物网结构的强有力工具。