作为古环境指标的介形虫在突尼斯东部边缘前蒸发期内墨西拿期的应用：对生物群动态的启示

《Marine Micropaleontology》：Ostracods as palaeoenvironmental proxies in the pre-evaporitic Messinian of eastern Tunisian margin: Insights into faunal dynamics

　　

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  首次在突尼斯东部发现早期墨西拿纪的量化学介类记录。
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  主成分分析（PCA）和聚类分析确定了三个不同的生态阶段。
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  突尼斯的地层序列中没有预蒸发期的环境压力。
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  异养生物的碳酸盐生产依赖于地壳作用和营养物质。
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  在浮游有孔虫缺失的情况下，介类提供了可靠的生物地层学信息。

引言

墨西拿盐度危机（Messinian Salinity Crisis，MSC，5.97–5.33百万年前）是地球历史上最剧烈的环境变化之一。其特征是大西洋与地中海之间的连通性逐渐受到限制，最终导致地中海盆地干涸（Hsü等人，1973年；Krijgsman等人，1999年；Roveri等人，2014年；Krijgsman等人，2018年等）。虽然危机的顶峰期以大量蒸发岩沉积为标志，但之前的预蒸发期（7.25–5.97百万年前）对于理解海洋学先兆和地中海分裂的节奏至关重要。最近的综合研究表明，大西洋与地中海之间的最终隔离可能开始得更晚，大约在7.17百万年前，这强调了需要精确确定限制过程的时间和区域表现（Agiadi等人，2024年）。

尽管对欧洲边缘海盆（特别是西班牙、意大利和希腊）进行了数十年的深入研究（例如，Krijgsman等人，1999年；Roveri等人，2014年；Manzi等人，2007年），但北非边缘地区，尤其是突尼斯的萨赫勒地带，仍然是区域重建中的重要“缺失环节”。最近，大规模编纂地中海海洋化石记录的工作突显了多样化的区域数据集在理解MSC前后生物多样性模式中的重要性（Agiadi等人，2024年）。然而，来自佩拉吉安高原（突尼斯萨赫勒地带，北非边缘）的高分辨率、定量限制数据对于揭示地中海在最终孤立前的空间异质性至关重要。

传统的墨西拿纪古环境重建主要依赖于定性的微古生物学观察。然而，墨西拿纪生态系统的复杂性，尤其是水深的变化和盐度的波动，需要更严谨的分析框架。在这项研究中，我们通过引入基于无监督机器学习的数值古生态学工作流程，超越了传统的描述性方法。虽然我们的信息基础仍然是对地层剖面生物多样性的详细分析，但这种方法最大化了数据的利用，以提升地层和古环境的定义精度。通过对介类群落应用双向聚类分析（Two-Way Cluster Analysis）和主成分分析（PCA），我们旨在从高多样性的底栖群落中提取客观的生物信号。介类特别适合这种数据驱动的方法，因为它们对近底水条件（盐度、氧气含量和环境动态）具有很高的敏感性，使其能够作为环境或古环境变化的高分辨率“生物指标”（例如，Bonaduce等人，1992年；Ruiz等人，2000年等）。

为了解决这一区域“缺失环节”，本研究重点关注突尼斯佩拉吉安高原内的萨赫勒地区，分析了Oued Macera（MEC）和Chraf（CRF）地层剖面。我们首次提供了来自突尼斯东部边缘地区的早期墨西拿纪介类的高分辨率、定量古生态记录。

本研究的主要目的是重建墨西拿盐度危机（MSC）之前突尼斯东部边缘地区的古环境演变，并测试环境恢复力的假设。具体来说，我们旨在确定佩拉吉安高原是否保持了稳定的开阔海洋条件，抵御了其他地中海盆地记录的早期环境退化。

为此，我们追求两个次要目标：

通过将浮游有孔虫数据与关键介类标志物种结合，为MEC和CRF地层剖面建立一个稳健的年代地层框架。这对于在浮游有孔虫稀缺或缺失的边缘环境中提供可靠的时间参考至关重要，使介类能够作为主要的地层指示物。

通过应用无监督统计分类（PCA和双向聚类分析）到介类群落，客观地划分混合硅质碎屑-碳酸盐坡的地形和营养梯度。这种数据驱动的方法减少了传统描述性方法中的主观偏差。

通过将数据科学与传统微古生物学相结合，本研究为地中海中部提供了一个新的定量基准，展示了佩拉吉安高原在MSC开始时如何维持海洋古生物多样性。

章节摘录

地质背景

研究区域位于萨赫勒地区（图1），这是佩拉吉安高原的一个关键地质动力学枢纽。它将西北部的压缩型阿特拉斯域与东南部活跃扩张的加贝斯湾分隔开来。该地区的结构特征是倾斜块体构造，表现为沿高角度正断层的地壳碎片旋转。

研究剖面

选择了Oued Macera（MEC）和Chraf（CRF）剖面作为记录突尼斯东部萨赫勒地区预蒸发期下层墨西拿纪记录的关键参考剖面。这两个剖面都进行了逐层的沉积学和微古生物学分析。

MEC剖面代表了保存完好的托尔顿期至下层墨西拿纪的混合硅质碎屑-碳酸盐沉积序列。其地层框架之前已经建立（Kamoun等人，2001年；

微古生物学结果

MEC剖面提供了31个样本的高分辨率介类和浮游有孔虫记录（图4，图5）。

下层区间（MEC-1至MEC-8）的特点是介类缺失或数量很少（总共3–30个标本），浮游有孔虫也很罕见。介类群最初不存在（MEC-1），随后仅限于C. arca和C. acuminata》等先锋物种，A. convexa首次出现在MEC-5。随着时间的推移，生物多样性略有增加。

讨论

虽然高分辨率采样揭示了更细致的岩石学和动物群分类（例如，MEC 1–8、MEC 9–16、MEC 17–24、MEC 25–26和MEC 28–31中的不同群落，如图2所示），但我们的多变量统计分析（PCA和双向聚类分析）将这些样本客观地分为三个主要的生态区间。这种统计分组减少了局部噪声，突出了最显著的、具有区域相关性的特征。

结论

本研究首次提供了来自突尼斯东部边缘地区的早期墨西拿纪介类群落的定量古生态重建，填补了对于墨西拿盐度危机（MSC）之前预蒸发期环境条件的区域理解的关键空白。通过将高分辨率介类生物地层学与无监督统计分类工作流程（PCA和双向聚类分析）相结合，我们客观地划分了地形和营养梯度。

生成式人工智能的应用

在准备这项工作时，作者使用了Gemini工具来改进语言和可读性。使用该工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容承担全部责任。

CRediT作者贡献声明

Rim Temani：撰写——原始草稿、验证、监督、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。Amel Chakroun：撰写——原始草稿。Hayet Khayati Ammar：撰写——原始草稿、调查、数据管理。Francesco Sciuto：撰写——原始草稿。Antonietta Rosso：撰写——原始草稿。Moez Mansoura：撰写——原始草稿。Mohsen Ben Hassine：数据管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

作者感谢主编和审稿人的建设性反馈和有益建议，这些意见显著提高了本手稿的质量。

Rim Temani|Amel Chakroun|Hayet Khayati Ammar|Francesco Sciuto|Antonietta Rosso|Moez Mansoura|Mohsen Ben Hassine