利用NanoSIMS技术解析冷水珊瑚骨骼有机基质（OM）的空间分布与生物矿化机制及其对古环境重建的启示

本研究通过NanoSIMS纳米级二次离子质谱技术，首次在15N标记饲喂的冷水珊瑚（CWC）中可视化骨骼有机基质（OM）的时空分布模式，揭示异源摄食触发有机带形成的生物矿化新机制，为珊瑚古环境代用指标（如δ15N、Li/Mg温度计）的有机质干扰校正提供关键证据。

　　

Highlight

本研究通过NanoSIMS技术首次实现冷水珊瑚骨骼有机基质（OM）与文石生长的同步可视化，发现¹⁵N标记的摄食事件直接触发有机富集层形成，揭示OM动态合成与异养营养输入的紧密关联。

Skeletal microstructure

通过对Balanophyllia elegans骨骼微结构的扫描电镜（SEM）分析，我们发现珊瑚骨架生长呈现层状banding结构，但局部存在生长间断和湍流式结晶模式。这些微观结构特征为解释NanoSIMS中观察到的元素分布异质性提供了形态学基础。

Discussion

本研究通过关联性成像技术成功解析了冷水珊瑚骨骼文石生长与摄食来源氮（¹⁵N）向有机基质（OM）转化的动态过程。骨骼生长轨迹（由Sr、Mn和⁶Li标记显示）虽主要呈层状banding，但存在pinched结构、不连续带和湍流生长区域，印证珊瑚生物矿化过程的复杂性。OM富集区（表现为N、S和有机C共定位）与¹⁵N高信号区高度重叠，证实饮食来源氮直接参与OM合成。值得注意的是，¹⁵N信号在生长前沿后方呈斑片状或扩散式分布，暗示有机氮可能通过快速周转的离散氮库（discrete N pool）进行迁移和重组。这些发现支持"异养摄食触发OM层形成"的假说，为理解有机基质在生物矿化中的调控作用提供新视角。

Conclusions and implications for coral biomineralization and paleoproxies

本研究通过化学示踪技术揭示了珊瑚有机基质（OM）相对于文石骨骼生长的形成机制。除常规calcein标记外，我们发现Mn标记可作为珊瑚微观生长前沿的优质示踪剂。OM的时空分布模式表明其形成受脉冲式摄食事件驱动，而非连续沉积。这一发现对古环境重建具有重要启示：首先，OM相关元素（如N、S）的共定位特征可为区分原位有机信号与后期污染提供判别标准；其次，¹⁵N在OM中的异质性分布提示珊瑚骨骼氮同位素记录可能捕获短期摄食事件，而非连续环境信号；最后，OM与文石结晶的耦合关系说明生物调控机制（vital effects）可能通过有机质介导的晶体生长调控影响元素分配（如Li/Mg温度计）。未来研究需结合转录组学与分子标记技术进一步解析OM合成的调控通路。