海绵骨骼硅同位素信号的重探及其对古海洋学重建的启示

这篇综述通过重新审视海绵骨骼硅同位素组成(δ30SibSi)与栖息地海水硅酸浓度及同位素特征(δ30SidSi)的关系，揭示了不同海绵类群（寻常海绵纲Demospongiae与六放海绵纲Hexactinellida）存在显著差异的硅同位素分馏模式。研究通过新增低硅酸环境数据，建立了更精确的非线性校准模型，为古海洋硅循环重建提供了关键方法论改进，同时指出该模型在早古生代高硅酸环境的应用局限性。

　　

材料与方法
研究整合了183个文献数据点和23个新增样本，涵盖三大硅质海绵类群（Demospongiae、Hexactinellida和Homoscleromorpha）。采用多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）分析硅同位素组成，并通过两种酸清洗法验证了样品处理过程对δ³⁰Si_bSi无显著影响。统计模型采用双变量回归分析，重点评估硅酸浓度与δ³⁰Si_bSi或表观分馏值（Δ³⁰Si_bSi = δ³⁰Si_bSi - δ³⁰Si_dSi）的关系。

校准代理的重新评估
早期研究提出的全球数据集（R²=0.85）因后续数据加入而弱化（R²=0.46）。本研究发现六放海绵纲中具有融合骨骼框架的网骨海绵（dictyonine hexactinellids）和寻常海绵纲的石质海绵（lithistid demosponges）是主要异常值。前者因超硅化骨骼导致δ³⁰Si_bSi值异常低（<-3.5‰），后者则呈现相反趋势。剔除这些干扰数据后，寻常海绵纲的数据集（n=82）显示出更强的非线性衰减关系（R²=0.737），而六放海绵纲（n=66）仅符合弱线性模型（R²=0.377）。

生物学机制解析
两类海绵的分馏差异可能源于：

1. 转运机制：虽然均使用水通道蛋白（gAQP）和ArsB转运体，但寻常海绵纲通过水平基因转移获得新型gAQP亚型；
2. 聚合过程：寻常海绵纲依赖硅蛋白（silicatein），而六放海绵纲使用三种无关蛋白（hexaxilin/perisilin/glassin）；
3. 微结构差异：六放海绵纲硅质骨针含几丁质层状结构，可能导致更显著的分馏效应。

应用指南与局限

• 分类学分离：建议分别分析寻常海绵纲和六放海绵纲骨针，避免混合校准；
• 地质适用性：当前模型在硅酸浓度>200 μM时失去预测力，限制其在早古生代高硅海洋的应用；
• 样本选择：优先选取单一骨针类型或单一种群沉积物以减少噪声；
• 数据质量：需确保海水δ³⁰Si_dSi与海绵栖息地严格匹配。

未来方向
研究呼吁建立石质海绵独立校准模型以重建中生代环境，并需通过海洋模型评估地质时间尺度上硅循环变化对分馏关系的影响。通过聚焦寻常海绵纲骨针的稳定信号，该代理有望成为解析新生代-中生代硅循环动态的关键工具。