用于氧化还原调控生物降解的生物标志物代理指标：解析有机物的保存机制与碳循环过程

《Geochimica et Cosmochimica Acta》：Biomarker proxies for redox-controlled biodegradation: Deciphering organic matter preservation and carbon cycling

古湖泊系统有机质降解机制研究基于生物标志物分析，揭示红ox条件对降解强度的影响。摘要：利用青山区组页岩中霍烷与总有机碳（TOC）关系，提出深时湖泊沉积中生物降解强度受氧化还原条件调控。结果显示，低TOC（氧化条件）区域霍烷/TOC比值高达还原条件区的两个数量级，证实霍烷富集反映强生物降解；同时，不同氧化还原带微生物群落的芳基异戊二烯生物标志物与TOC相关性差异，揭示表层有机质经强烈降解后残留，底层有机质保存较好。

　　有机质的降解是碳循环中的关键环节，其在现代海洋和湖泊系统中的作用已被广泛研究。然而，对于远古时期湖泊系统的有机质降解过程，由于缺乏合适的代用指标，其机制仍然不明确。本研究旨在通过分析湖泊沉积物中的生物标志物浓度，揭示远古湖泊系统中有机质降解与碳循环之间的关系。研究提出两个假设：首先，在有机质经历了显著再循环的环境中，-hopanoids（如hopane）相对于总有机碳（TOC）的浓度会显著升高，因为这些分子具有较强的抗降解性，通常来源于异养细菌；其次，在有机质降解程度较低的情况下，生物标志物浓度与TOC之间应存在正相关关系，而在强烈的再循环条件下，这种相关性可能被打破。通过对中国东北地区白垩纪松辽盆地青山口组的沉积物分析，研究者发现，在氧化条件较强的环境中，hopane/TOC比值显著高于还原条件下的比值，表明hopane浓度可以作为氧化控制下有机质降解强度的指示。此外，研究还发现，来自氧化层上方或过渡带的微生物生成的生物标志物（如甾烷、姥烷、植烷和伽马植烷）与TOC无明显相关性，而来自氧化层下方的芳基异戊二烯类生物标志物则与TOC存在良好的正相关，这表明氧化层下方的有机质经历了较少的降解，成为沉积有机质的主要来源。研究还指出，与海洋环境相比，湖泊系统中有机质的降解更为强烈，这一结论通过对比现代沉积物和古代黑色页岩中的hopane浓度得出。研究强调了生物标志物浓度在评估有机质降解和理解地质记录中碳从光区向沉积物转移过程中的重要性。研究的创新之处在于，通过分析生物标志物浓度与TOC之间的关系，揭示了湖泊系统中不同氧化条件下有机质的降解与再循环机制，为理解古代湖泊系统的碳循环提供了新的视角。研究团队利用多种代用指标，包括TOC、Rock-Eval参数、生物标志物、碳氮同位素和氧化还原敏感元素，对松辽盆地青山口组的黑色页岩样本进行了系统分析。研究结果表明，TOC在青山口组底部显著增加，随后逐渐减少，这一趋势与氧化还原条件的变化密切相关。同时，碳氮比（C/N）和氢指数（HI）的变化也反映了有机质的来源和降解程度。研究还发现，生物标志物的浓度分布模式与氧化还原条件密切相关，这为理解古代湖泊系统中有机质的降解过程提供了新的证据。通过比较不同氧化条件下生物标志物的浓度变化，研究者能够区分出不同来源的有机质，并评估其在沉积过程中的再循环程度。研究的结论表明，生物标志物浓度可以作为追踪古代湖泊系统中有机质降解过程的有效代用指标，这一方法不仅适用于湖泊系统，也可推广至海洋环境的研究。研究团队的工作为理解古代碳循环提供了新的工具，有助于揭示地球历史中碳转移和沉积过程的动态变化。研究还指出，生物标志物的分布模式反映了不同微生物群落对有机质的再循环作用，这为研究古代湖泊系统的生物地球化学过程提供了重要的依据。通过分析生物标志物与TOC之间的关系，研究者能够识别出有机质在不同氧化条件下的降解程度，从而更准确地重建古代湖泊系统的碳循环过程。研究的成果不仅深化了对湖泊系统中有机质降解机制的理解，也为未来的地质研究提供了新的思路和方法。