自上次冰期结束以来brGMGTs作为温度指标适用性的评估：来自中国东北四海龙湾玛尔湖的启示

《CATENA》：Assessing the suitability of brGMGTs as temperature indicators since the last deglaciation: Insights from Sihailongwan Maar Lake, northeastern China

　　

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  西海龙湾玛珥湖中的brGMGTs主要是在原位产生的。
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  %brGMGTs可以有效地捕捉自15.3千年前以来的整体温度变化。
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  %brGMGTs中的"温度印记"可能与产生brGMGTs的细菌的膜流动性相关。

引言

量化过去的气温变化是古气候学的一个核心目标，因为它使我们能够确定自然变率的范围，从而为评估由人为气候强迫驱动的潜在未来变化提供必要的背景（Tierney等，2020年；IPCC，2022年）。选择适当的古气候代用指标对于准确解读过去温度变化至关重要。其中，基于分枝甘油二烷基甘油四醚（brGDGTs，是细菌等微生物来源的分子生物标志物）的代用指标颇具前景，因为影响其膜脂质分布的环境因素可能相对简单（Tierney等，2010年）。许多研究表明，brGDGTs广泛分布于土壤、湖泊沉积物和泥炭沼泽中（例如，Weijers等，2007年；Naafs等，2017年；Tierney等，2010年；Sun等，2011年），它们已成功应用于古温度重建。

与brGDGTs相比，对分枝甘油单烷基甘油四醚（brGMGTs）的研究开始得相对较晚。这些化合物构成了一组尚未归入任何已知类别的脂质，其结构与brGDGTs相似。它们由两个甘油骨架和两条C₂₈烷基链通过共价碳-碳键连接而成（结构见图S1；Liu等，2012年；Xie等，2014年）。由于其对多种环境中环境温度变化的敏感性，brGMGTs引起了越来越多的关注（例如，Liu等，2012年；Naafs等，2018年；Baxter等，2019年；Elling等，2023年；Lü等，2019年；Zhang等，2020年；Kirkels等，2022年；Wu等，2025年）。迄今为止，有限的研究表明brGMGTs由尚不明确的细菌合成，其中一些似乎占据了与brGDGTs产生细菌类似的生态位（例如，Baxter等，2021年；Naafs等，2018年）。

湖泊沉积物，通常被认为是气候和环境变化的宝贵档案，利用brGMGTs重建过去温度具有潜力。尽管brGMGTs最初是在海洋沉积物中被检测到的（Liu等，2012年；Xie等，2014年），但随后的研究证明了它们在湖泊系统中的广泛分布（Baxter等，2019年，Baxter等，2021年，Baxter等，2024年；Wu等，2025年）。进一步的研究表明，湖泊中的brGMGTs主要来源于原位产生，来自土壤的外源输入贡献极少（例如，Baxter等，2021年；Wu等，2025年）。此外，产生brGMGTs的细菌似乎在厌氧环境中优先繁盛（Naafs等，2018年；Baxter等，2021年）；而它们在有氧水体柱中通常稀少或缺失（Baxter等，2021年；Kirkels等，2022年）。

基于这些发现，已开发出许多基于湖泊系统中brGMGTs相对丰度的校准方程。例如，在东非湖泊中，基于brGMGT I和brGMGT特异性指标建立了年均气温（MAAT）校准（Baxter等，2019年），以及在中国部分湖泊中基于brGMGT II和化合物特异性指标推导的MAAT校准（Wu等，2025年）。这些进展大大促进了基于brGMGTs的代用指标在古温度重建中的应用。然而，越来越多的证据表明，基于brGMGTs的代用指标可能并不普遍适用于长时间尺度的温度重建。例如，最近一项对中国西南部阳宗海的研究报道，brGMGTs未能捕捉到预期的全新世温度趋势，这可能是由于沉积记录中溶解氧的强烈叠加影响所致（Wu等，2025年）。同样，Baxter等（2024年）评估了赤道东非查拉湖25千年前沉积记录中的基于brGMGTs的古温度计，发现%brGMGTs主要反映了湖泊深度和/或混合状态而非温度，导致该区间的重建结果模棱两可。这可能是由于缺氧区扩大导致%brGMGTs整体增加所致（Baxter等，2024年）。因此，需要进一步调查以严格评估基于brGMGTs的古温度计在湖泊环境中的适用性。

作为位于中国东北部（NE China）的火山玛珥湖，西海龙湾玛珥湖（Lake SHL）保存了高分辨率的沉积信息（Chu等，2005年；Stebich等，2015年；Mingram等，2018年；Sun等，2018年；Li等，2025年，Li等，2026年）。因此，可以合理地假设这一环境为brGMGTs的保存提供了有利条件，为评估基于brGMGTs的古温度计在重建温度变化方面的潜力提供了宝贵的机会。在本研究中，我们首先分析了西海龙湾湖柱状沉积物和周围土壤中brGMGTs的分布，以限定其来源。然后，我们评估了现有基于brGMGTs的代用指标在捕捉该湖过去15.3千年温度变化方面的可靠性。

章节摘要

研究区、采样和年代学

西海龙湾湖（Lake SHL，42°17′N，126°36′E，海拔79米，图1A）位于中国东北部靖宇县西南约20公里处。该湖直径约750米，表面积约0.5平方公里，集水区面积约0.7平方公里（Mingram等，2004年）。这是一个双分层湖，最大深度为50米，温跃层位于约10米深处（Chu等，2005年）。每年11月至次年4月下旬，湖面完全结冰。从4月起，湖面

brGMGTs的分数丰度

变化点分析揭示了brGMGTs变化中的一个明显年龄阈值。尽管基于brGMGTs的代用指标之间的确切时间略有不同，但大致在7.6千年前和1.6千年前（图S2）。这一模式得到了主成分分析（PCA）结果的支持（图2），该结果显示沿第一主成分轴brGMGTs分布发生了显著变化，7.6至1.6千年前的样品主要聚集在正端，与15.3至7.6千年的样品形成对比

评估西海龙湾湖中brGMGTs的来源

尽管brGMGTs在湖泊系统的古温度重建中展现了相当大的前景（Baxter等，2019年；Wu等，2025年），但在定量应用基于brGMGTs的代用指标之前，必须仔细评估非热因素（如集水区土壤输入）的影响。

对于西海龙湾湖的柱状沉积物而言，土壤来源的输入对基于brGMGTs的代用指标的影响相对较小，原因如下。首先，由于该湖是一个封闭的

结论

本研究调查了中国东北部西海龙湾湖中brGMGTs的分布，并评估了基于brGMGTs的古温度计——brGMGT I/II、%brGMGTs、H-MBT_acyclic和IR_H——在重建温度变化方面的潜力。结果表明，西海龙湾湖沉积物中brGMGTs的分布与集水区土壤中的分布不同，表明保存于柱状记录中的brGMGTs主要来源于湖泊内的自生产生。基于变化点分析和

CRediT作者贡献声明

李平平： 撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿撰写，方法论，调查，形式化分析，数据管理，概念化。初国强： 撰写 – 审阅与编辑，方法论，调查，经费获取，形式化分析，数据管理，概念化。占南： 撰写 – 审阅与编辑，验证，软件，形式化分析，数据管理，概念化。张桂兵： 撰写 – 审阅与编辑，方法论，调查，形式化分析，数据

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能会被认为影响本论文中报告的工作。

致谢

我们感谢Markus Egli博士和三位匿名审稿人提出的建设性意见和建议，这些意见和建议帮助我们显著提高了原稿的质量。本研究得到国家自然科学基金（资助编号42377206和42030507）的经费支持。

李平平|初国强|占南|张桂兵|黄婷|李琦|谢曼曼|孙青