利用稳定同位素标记和 NanoSIMS 分析评估鱼类耳石中氮和硫的同化

《RAPID COMMUNICATIONS IN MASS SPECTROMETRY》：Nitrogen and Sulfur Assimilation in Fish Otoliths Evaluated by Stable Isotope Labeling and NanoSIMS Analysis

　　

摘要

研究背景

硬骨鱼耳石中代谢惰性的有机基质内的稳定氮（δ¹⁵N）和硫（δ³⁴S）同位素为重建动物生命史提供了高保真的档案。然而，较低的有机含量限制了常规整体同位素分析的空间分辨率，导致生物矿化动力学及这些饮食信号的时间整合难以准确量化。我们利用纳米二次离子质谱（NanoSIMS）克服这些局限性，并确定晶内同位素动力学。

方法

通过投喂富含¹⁵N 的藻类和补充 L-甲硫氨酸 -³⁴S 的饲料，建立了同位素脉冲，并利用茜素红 S 荧光标记进行精确的时间参考。应用高分辨率和原位 NanoSIMS 分析来量化耳石有机基质内标记信号的时间分布。使用一级动力学模型来估计同位素动力学的半衰期（t_50%）。

结果

NanoSIMS 分析显示，在吸收和排出阶段均存在快速的同位素变化（t_50% = 0.5–13.9 天）。δ¹⁵N 和 δ³⁴S 均表现出统计学上无法区分的动力学，反映了同步的代谢途径，即饮食信号直接沉积到耳石中，而未被内部组织储备缓冲。至关重要的是，饮食基质调节了吸收；尽管饮食中的 δ³⁴S 比例相当，但与投喂鳗鱼粉饲料的鱼类相比，投喂藻类基饲料的鱼类耳石硫掺入和信号衰减显著更快。这表明当基础饮食天然缺乏这种必需氨基酸时，会优先利用外源标记甲硫氨酸。

结论

高分辨率 NanoSIMS 谱图分析表明，耳石有机基质归档的饮食信号受快速吸收途径控制，而不是严格的热力学平衡。这种分析方法为利用晶内有机同位素作为营养生态学中的精确指标建立了关键的机制基础和实验框架。

数据可用性声明

本研究期间生成和分析的数据集已存入 Zenodo 仓储库。数据可在线访问（通过以下链接： https://doi.org/10.5281/zenodo.21427959）。

同行评审

为了透明起见，与本文相关的同行评审文件可在 https://doi.org/10.1002/rcm.70174 获取。

第二轮评审
编辑决定信	2026/08/21
第一轮评审
编辑决定信	2026/08/11
评审人 1 报告	2026/08/10