Potential impacts of cable bacteria activity on hard-shelled benthic foraminifera: a prelude to implications for their interpretation as bioindicators or paleoproxies

電纜細菌活性對硬殼底棲有孔蟲的潛在影響：其作為生物指示劑或古代理的解釋的前奏

來源：Preprint. Discussion started: 21 September 2023

 

1. 摘要核心內容

 

論文揭示了電纜細菌（CB）活動誘導的沉積物酸化對鈣質有孔蟲殼體保存的影響。CB通過硫氧化-氧還原反應在沉積物中產生強pH梯度（最低pH=5.8），導致鈣質殼體（如Ammonia spp.和Haynesina germanica）從完整狀態（DS-0）到完全溶解僅存有機襯里（DS-5）的漸進式破壞。研究證實CB活動顯著降低有孔蟲殼體保存度，影響其作為生物指示劑和古環境代用指標的可靠性。

 

2. 研究目的

 

核心問題：驗證CB活動（CBA）是否通過沉積物酸化導致鈣質有孔蟲殼體溶解，并評估其對生態監測和古環境重建的影響。

科學意義：填補CBA對有孔蟲殼體保存機制認知的空白，修正古環境解釋中的潛在偏差。

 

3. 研究思路

 

采用 “野外采樣-多參數關聯分析”策略：

 

采樣設計：在法國Auray河口潮間帶選取3個站點（表1），梯度化CB活動強度（站點1：弱；站點2：強；站點3：中等）。

 

 

 

CBA表征：

微電極剖面：測量O?/pH垂向分布（圖4）

qPCR：定量CB豐度（圖4灰柱）

有孔蟲響應：

活體群落：CT熒光標記活體，SEM建立6級溶解分級（DS-0至DS-5，圖2-3），統計各層溶解比例（圖6）

 

 

 

 

死亡群落：分析鈣質殼比例（C/T）和有機襯里占比（DS-5/C）（表3）

 

 

統計驗證：Fisher檢驗分析溶解階段與CBA強度的關聯性。

 

4. 關鍵數據及意義

數據類型 來源圖表 研究意義

pH/O?微剖面  圖4 揭示典型CBA指紋：含氧層pH峰值→缺氧層強酸化（最低pH=5.8），證實酸化空間格局。

 

CB豐度（qPCR）  圖4 灰柱 定量CB密度（站點1：7.4 m/cm3；站點2：74.4 m/cm3），與酸化強度正相關。

殼體溶解分級（SEM） 圖2-3, 6  建立6級溶解標準（DS-0至DS-5），揭示酸化導致殼體從剝落到完全溶解的連續過程。

活體溶解比例 圖6  強CBA站點（站點2）中深層DS-3以上占比達40%，證實酸化對活體的直接損傷。

死亡群落C/T與DS-5/C  表3  強CBA站點深層C/T降至0.36，DS-5/C高達0.95，表明酸化加速殼體埋藏后溶解。

 

5. 核心結論

 

CBA誘發殼體溶解：強CBA站點（站點2）活體有孔蟲中DS-3以上溶解比例顯著升高（圖6），證實酸化直接損傷殼體。

死亡群落保存偏差：CBA導致鈣質殼比例（C/T）隨深度劇減（站點2深層C/T=0.36），有機襯里（DS-5）積累（DS-5/C=0.95），造成古記錄中鈣質殼“假性缺失”（表3）。

 

生態與古環境啟示：CBA可能被誤判為環境壓力事件，需重新評估有孔蟲指標的解釋框架。

 

6. Unisense電極數據的詳細解讀與意義

數據來源

 

技術原理：Unisense微電極（O?電極：50μm尖端；pH電極：500μm尖端）以高分辨率（100μm步進）測量沉積物垂向剖面的O?/pH動態（方法章節）。

關鍵圖表：圖4（pH/O?剖面與CB豐度疊加圖）。

 

研究發現

 

酸化核心區定位：站點2的pH在7mm深度驟降至5.8（△pH=2.4），與CB豐度峰值（2.8×10? copies/g）空間耦合（圖4）。

酸化范圍界定：酸化層（pH<7）厚度達15mm（站點2），遠超弱CBA站點（站點1酸化層<5mm）。

 

研究意義

 

機制關聯性證據：

微尺度數據證明酸化核心區與CB豐度峰值精確對應（圖4），排除水體酸化的干擾，直接關聯CBA與殼體溶解。

揭示酸化梯度驅動溶解空間分異：活體有孔蟲在pH最低層（6–8mm）DS-3以上占比40%（圖6），而表層（pH>7.8）溶解可忽略。

古環境研究啟示：

微剖面顯示深層沉積物（>20mm）仍維持低pH（≈6.8），解釋死亡群落中鈣質殼的持續溶解（表3深層DS-5/C=0.95）。

提供“酸化陷阱”概念：殼體在埋藏過程中穿越酸性層時被選擇性溶解，導致古記錄失真。

技術優勢：

毫米級分辨率：傳統pH測量無法捕捉的微尺度酸化熱點被精準定位（如站點2的7mm酸核）。

動態過程示蹤：O?耗盡層（<1mm）與pH峰值的同步出現（圖4），典型CBA指紋為后續研究提供判別標準。

 

總結

 

本研究通過高分辨率微電極技術首次證實：電纜細菌活動是潮間帶沉積物酸化的關鍵驅動力，直接導致鈣質有孔蟲殼體溶解，并顯著扭曲死亡群落組成。Unisense電極數據為核心機制提供空間精準證據，揭示了古環境記錄中“殼體缺失”的新解釋路徑（微生物酸化而非環境壓力）。未來研究需整合CBA監測以校正有孔蟲指標的解釋框架。