地球環(huán)境所在陸生蝸牛殼體高分辨率碳氧同位素研究方面取得新進(jìn)展

陸生蝸牛廣泛分布于全球各類陸地環(huán)境，其碳酸鹽殼體在考古和地質(zhì)記錄中可穩(wěn)定保存數(shù)萬(wàn)年至百萬(wàn)年，為重建地球系統(tǒng)的短期至長(zhǎng)期變化提供了獨(dú)特而寶貴的材料。殼體的氧同位素（δ18O）與碳同位素（δ13C）的組成，能夠揭示過(guò)去的降水狀況、植被類型及水文條件等環(huán)境信息。隨著分析技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的研究通過(guò)單個(gè)蝸牛殼體內(nèi)部（intra-shell）高分辨率采樣（mm至μm）與穩(wěn)定同位素分析測(cè)試，來(lái)獲取季節(jié)甚至天氣尺度的氣候變化信息。然而，蝸牛在生長(zhǎng)過(guò)程中也會(huì)受到生理因素的影響，如生長(zhǎng)速率、碳酸鹽攝入量與代謝活動(dòng)等，這些過(guò)程可能干擾殼體同位素記錄對(duì)環(huán)境信號(hào)的準(zhǔn)確反映。

研究結(jié)果顯示，在室內(nèi)培養(yǎng)條件下，成年蝸牛殼體δ18O值較幼年個(gè)體最高富集可達(dá)0.8‰，推測(cè)與殼體礦化程度和新陳代謝過(guò)程的變化密切相關(guān)；而亞成年和成年個(gè)體的殼體δ13C值較幼年個(gè)體富集約1.3‰，可能與碳酸鹽攝入比例增加有關(guān)。相比之下，野外樣品中不同年齡個(gè)體的δ18O序列變化趨勢(shì)具有高度一致性，主要反映降水的季節(jié)性變化，生理效應(yīng)干擾較小，支持其作為季節(jié)尺度氣候重建的可靠指標(biāo)。野外蝸牛殼體的δ13C值基本落在典型C3植物食物來(lái)源的范圍內(nèi)，但將其用于植被演變重建時(shí)仍需考慮碳酸鹽攝入及攝食偏好等因素的影響。

該項(xiàng)成果近日發(fā)表于Geoscience Frontiers期刊，宗秀蘭博士為論文第一作者，董吉寶副研究員為通訊作者。研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金（42377445, 42402197）、第二次青藏科考（2019QZKK0101）、中國(guó)科學(xué)院青年交叉團(tuán)隊(duì)（2024000021）、陜西省杰出青年科學(xué)基金（2025JC-JCQN009）以及中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的共同資助。

Xiulan Zong, Jibao Dong*, Hong Yan, Yougui Song, Huifang Liu, Shugang Kang, Zheng Wang, Hongxuan Lu, Yunning Cao, Guozhen Wang, Chengcheng Liu, Yana Jia, Qian Zhang, Haijiao Gan, 2025. Intra-shell stable isotopes in land snail as proxies of seasonal climate variability: Ontogenetic evidence from cultured and field specimens, Geoscience Frontiers, 16 (6), 102164.

https://doi.org/10.1016/j.gsf.2025.102164.

圖1. (A)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的不同生長(zhǎng)階段的非洲大蝸牛（Achatina fulica）； (B) 蝸牛殼體形態(tài)參數(shù)測(cè)量示意圖。

圖2. 室內(nèi)培養(yǎng)的非洲大蝸牛（Achatina fulica）殼內(nèi)δ18O（a）和δ13C值（b）沿生長(zhǎng)帶的變化。x軸為從殼口（0 mm）到殼頂?shù)木嚯x。

圖3. 室內(nèi)培養(yǎng)的不同生長(zhǎng)階段的Achatina fulica? SEM圖像 (a–c) 1個(gè)月、3個(gè)月和5個(gè)月齡個(gè)體殼口附近的橫截面厚度SEM顯微照片. (d–f) 1個(gè)月、3個(gè)月和5個(gè)月齡蝸牛殼體橫截面微結(jié)構(gòu)的高倍放大SEM圖像。

圖4. 不同年齡的非洲大蝸牛(Lissachatina fulica)高分辨率δ18O序列（野外樣品采自四川攀枝花）。

圖5. 室內(nèi)培養(yǎng)的Achatina fulica和野生Lissachatina fulica殼體不同生長(zhǎng)階段的δ13C對(duì)比。