High resolution 3D images of sediment cores as powerful tool for exploring foraminiferal microhabitats  

沉積物巖芯的高分辨率三維圖像：探索有孔蟲微生境的有力工具  

來源：Marine Micropaleontology , 191 (2024) 102394

《海洋微體古生物學》，第191卷，2024年，文章編號：102394

 

摘要內(nèi)容

 

摘要指出底棲有孔蟲廣泛用作古環(huán)境重建的指標（如古氧含量、生產(chǎn)力），但傳統(tǒng)基于巖芯切片（分辨率通常為 0.5–1 cm）的方法無法精確確定其微生境。本研究首次通過顯微CT（μCT-scan）技術(shù)以 13 μm/體素的分辨率對實驗沉積物巖芯進行三維成像，觀察兩種表棲型有孔蟲 Ammonia confertitesta 和 Haynesina germanica 的活體位置。結(jié)果顯示，這兩種物種從未位于沉積物表面，而是集中在表層以下 0–500 μm 的亞表層區(qū)間內(nèi)。豐度在此深度以下急劇下降，表明其微生境比此前認知更局限。該方法為精確評估有孔蟲微生境提供了新工具，對提升古環(huán)境代理指標的可靠性至關(guān)重要。

 

研究目的

 

通過高分辨率三維成像技術(shù)，挑戰(zhàn)傳統(tǒng)認為"表棲型有孔蟲生活在沉積物表面"的假設(shè)，精確量化目標物種的實際微生境位置，以解決古環(huán)境重建中因微生境認知偏差導(dǎo)致的代理指標誤差問題。

 

研究思路

實驗設(shè)計：  

 

采集法國布爾格內(nèi)夫灣潮間帶沉積物，經(jīng)冷凍殺滅大型生物后均質(zhì)化，構(gòu)建實驗微宇宙。  

 

添加富含活體有孔蟲（A. confertitesta 和 H. germanica）的表層沉積物。  

數(shù)據(jù)采集：  

 

溶解氧剖面：使用丹麥Unisense微電極（50 μm尖端）測量沉積物-水界面的氧梯度（圖4）。  

 

 

顯微CT掃描：對樹脂包埋的巖芯進行μCT掃描（分辨率 13 μm/體素），獲取有孔蟲三維分布（圖1, 2, 5, 7）。  

 

 

 

 

共聚焦顯微鏡驗證：通過熒光標記（CTG）確認活體位置（圖6）。  

數(shù)據(jù)分析：  

 

手動標注CT圖像中的有孔蟲位置，校正沉積物表面起伏（圖3）。  

 

統(tǒng)計垂直分布（圖5）和水平空間分布（Ripley's G函數(shù)，圖7）。  

 

測量數(shù)據(jù)及其來源與研究意義

溶解氧剖面（圖4）：  

 

數(shù)據(jù)：沉積物表層（0–500 μm）氧濃度從 238–258 μmol/L 降至 135–150 μmol/L，1.2–1.6 mm 深度處缺氧。  

 

意義：揭示亞表層微生境的化學梯度，證明有孔蟲豐度峰值區(qū)（0–500 μm）已顯著缺氧，挑戰(zhàn)"表棲物種反映底水條件"的傳統(tǒng)假設(shè)。  

有孔蟲三維分布（圖5）：  

 

數(shù)據(jù)：豐度峰值位于表層下 200–500 μm（52 μm分辨率），500 μm 以下豐度下降 >70%，2 mm 以下極少。  

 

意義：首次定量證實兩種"表棲"物種實際為淺層內(nèi)棲，修正其生態(tài)分類，避免古環(huán)境重建中的生境誤判。  

沉積物表面地形（圖3）：  

 

數(shù)據(jù)：界面起伏需通過三維坐標校正。  

 

意義：解釋傳統(tǒng)水平切片法因忽略表面地形導(dǎo)致的分布偏差（圖8b）。  

共聚焦驗證（圖6）：  

 

 

數(shù)據(jù)：0–500 μm 區(qū)間內(nèi)多數(shù)為活體（熒光標記），部分個體殼體能穿透界面。  

 

意義：支持CT數(shù)據(jù)可靠性，并揭示殼體尺寸（250–500 μm）導(dǎo)致部分個體看似位于表面。  

 

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的詳細研究意義

 

丹麥Unisense微電極測量的高分辨率溶解氧剖面（步長 50 μm）具有以下關(guān)鍵意義：  

揭示微尺度氧化還原梯度：數(shù)據(jù)顯示沉積物表層 0–500 μm 存在陡峭氧梯度（飽和度→缺氧），證明有孔蟲實際生存環(huán)境已顯著偏離底水化學條件（如氧濃度下降 40%）。  

 

解釋有孔蟲微生境約束：氧穿透深度（1.2–1.6 mm）與有孔蟲豐度驟減深度（>500 μm）吻合，表明缺氧是限制其深層分布的主因。  

 

質(zhì)疑傳統(tǒng)代理指標適用性：有孔蟲殼體地球化學信號（如 δ13C）反映的是亞表層孔隙水條件（缺氧、有機物礦化區(qū)），而非底水環(huán)境，因此需重新評估其作為古氧或古生產(chǎn)力代理的可靠性。  

 

結(jié)論

微生境修正：A. confertitesta 和 H. germanica 并非表棲（sensu stricto），而是嚴格分布于沉積物表層下 0–500 μm 的淺層內(nèi)棲帶。  

 

方法學突破：μCT掃描技術(shù)（13 μm分辨率）可精確量化有孔蟲三維位置，克服傳統(tǒng)切片法的分辨率局限（厘米級）和地形偏差（圖8b）。  

 

古環(huán)境重建啟示：有孔蟲微生境的精確識別（如是否反映底水 vs. 孔隙水）對地球化學代理指標的選擇至關(guān)重要，未來需結(jié)合高分辨率生境數(shù)據(jù)校準古環(huán)境模型。