尽管在1960年代至1990年代期间采取了密集的保护措施，以缓解数十年来营养物输入、毒素、过度捕捞和外来物种的影响（Makarewicz and Bertram, 1991），五大湖的生态系统仍在经历剧烈变化。目前的研究表明，近期变化的主要驱动因素包括外来入侵物种、气候变暖以及土地利用变化的持续影响（Jude et al., 2006）。这些扰动的影响范围从深水区底栖食物网的崩溃（Edlund et al., 2021; Nalepa et al., 2009），到浅水区能量传递的变化（Hecky et al., 2004），冬季/春季硅藻水华的消失（Kerfoot et al., 2010; Vanderploeg et al., 2010），浮游植物生产力的大幅下降（Fahnenstiel et al., 2010b; Mida et al., 2010），以及浮游植物群落组成和大小结构的变化（Fahnenstiel et al., 2010b）。沿食物网向上，小型浮游动物（Barbiero et al., 2019）和大型浮游动物（即Mysis，糠虾）也有减少（Pothoven et al., 2010），饵料鱼类急剧下降（Madenjian et al., 2002），鱼类整体状况下降（DeBruyne et al., 2008; Pothoven et al., 2001）。这些大规模变化背后的基础是外来入侵物种的引入和扩张，包括dreissenid贻贝（斑纹和匙蚌贻贝，分别为Dreissena polymorpha和D. rostriformis bugensis）、美洲圆鲉（Neogobius melanostomus）以及掠食性浮游动物Bythotrephes longimanus（棘水蚤）。
关于五大湖近岸区域生态系统变化的时间进程，目前所知甚少（Allan et al., 2013）。与近期远岸生态变化同时发生的还有E型肉毒中毒在五大湖的回归，特别是在沿海地区（Lafrancois et al., 2011; Wijesinghe et al., 2015），这可能与dreissenid贻贝和圆鲉的环境影响有关。具体而言，据假说，dreissenid贻贝对浮游植物的有效滤食作用增加了水体透明度，并将营养物质转移至底栖区域，导致绿藻Cladophora大量生长（Bootsma et al., 2015; Hecky et al., 2004）。当Cladophora脱落时，它会大量堆积在海滩和深水区，形成厌氧环境，有利于Clostridium botulinum（肉毒梭菌）的生长和E型肉毒毒素的产生（Byappanahalli and Whitman, 2009; Chun et al., 2013; Tyner, 2013）。这种毒素在贻贝床和底栖无脊椎动物中积累，而这些是圆鲉的主要食物来源（Pérez-Fuentetaja et al., 2011）。圆鲉中毒后易受水鸟和鱼类的捕食和食腐，而后者自身也可能因毒素积累而死亡（Campbell, 2003; Chipault et al., 2015; Essian et al., 2016; Getchell et al., 2006）。现有假说强调了近期生态变化是这些肉毒中毒事件的可能原因，但鉴于过去在关键外来物种和假说途径尚不存在时也曾发生过肉毒中毒爆发，需要更多历史背景来理解肉毒中毒爆发的当前和历史驱动因素（Lafrancois et al., 2011）。
多指标古生态学分析沉积物岩芯可用于量化湖泊生态系统历史变化的模式和原因（Birks and Birks, 2006）。在五大湖地区，古湖泊学分析已被用于揭示全新世盆地演化史（如Rea et al., 1980; Wolin, 1996）、欧洲—美洲殖民化和人为历史的影响（Conley et al., 1993; Reavie et al., 2005, Reavie et al., 2025; Stoermer et al., 1993）、管理措施后水质恢复的轨迹（Reavie et al., 2025; Stoermer et al., 1996）以及外来物种的影响（Edlund et al., 2021; Reavie et al., 2025; Spaulding et al., 2010）。虽然大多数五大湖古生态学工作都针对远岸盆地（Reavie et al., 2025; Schelske et al., 2006），但近岸研究则侧重于海湾或其他沉积环境来研究过去湖水位变化（Stoermer et al., 1991; Wolin, 1996）、长期浅水区生态学（Duthie et al., 1996）以及流域开发和外来物种对近岸栖息地的影响（Alward et al., 2025; Mayer and Johnson, 1994; Yang et al., 1993）。近岸沉积盆地作为五大湖沿海环境变化的记录可能尤为重要，并将关键的近岸变化与开阔水域食物网对近岸能量的潜在依赖紧密联系起来（Turschak et al., 2014）。
在此，我们对密歇根湖北部睡熊沙丘国家湖岸（SLBE）附近的近岸沉积盆地进行了多指标古生态学研究，涉及生物指标（硅藻、摇蚊、化石色素）、地球化学指标（有机物、碳酸盐、矿物、生物源硅酸、碳和氮同位素）以及沉积物DNA（sedDNA）指标（图1）。我们的目标是量化和阐述近岸环境近期湖泊学变化（如浮游和底栖生产的变化；Cladophora丰度、食物网结构），并探讨这些变化作为解释密歇根湖生态系统中历史肉毒中毒变化的潜在因素。例如，Cladophora丰度增加（色素、附生硅藻）可能导致脱落垫的厌氧沉积，摇蚊可指示厌氧程度的增加或近岸栖息地变化，这些条件均有利于肉毒毒素的产生。我们假设近岸沉积物中会记录到独特且大规模的生态变化，而Clostridium botulinum的eDNA会在过去几十年中不定期出现，但近期爆发需要外来物种和其他驱动因素导致的新型近岸食物网重组，且无历史先例可循。
