王灿发，谢树成*等，BGEG国家重点实验室. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2021, Global calibration of novel 3-hydroxy fatty acid based temperature and pH proxies

近日，地球科学领域Nature Index期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》刊发生物地质与环境地质国家重点实验室王灿发老师作为第一作者的学术论文- Global calibration of novel 3-hydroxy fatty acid based temperature and pH proxies（3-羟基脂肪酸温度和pH代用指标的全球校正），通讯作者为谢树成教授。

重建过去的气候变化有利于人们认识气候变化的规律从而更好地预测未来的气候变化，然而重建古代气候变化需要可靠的气候代用指标，犹如温度计一样，可以用来测量现代环境的温度。微生物对外界环境变化非常敏感，特别是微生物细胞膜上的脂类，犹如人体的皮肤，对外界环境变化的响应异常敏感，可以用来重建古代气候变化。然而，基于微生物脂类的气候代用指标主要用于海洋环境，适用于陆地环境的指标却非常少，开发新的适用于陆地环境的气候代用指标具有重要的意义。

研究团队于2016年在国际上开创性地提出，细菌的3-羟基脂肪酸具有作为气候代用指标的潜力，他们利用湖北神农架海拔梯度表层土壤样品中的3-羟基脂肪酸分布特征，发现3-羟基脂肪酸的好几个参数可以作为温度代用指标，他们提出的这些气候代用指标被国际学者的后续研究所证实。然而，这些区域上建立的气候新指标是否适用于全球还亟需研究。

为了继续挖掘这些指标在全球范围的广谱性，研究团队采集和整理了全球范围内186个表层土壤样品，对其中的3-羟基脂肪酸的组成和分布进行了分析（图1）。结果表明研究团队在神农架表层土壤中建立的3-羟基脂肪酸的温度代用指标RAN₁₅和RAN₁₇在全球表层土壤样品中仍然适用（图2），土壤pH指标RIAN在全球土壤中也仍然适用（图3）。

研究团队进一步利用机器学习的方法，根据3-羟基脂肪酸的分布特征用高斯过程回归预测了土壤的温度和pH，与经验公式相比机器学习的方法减小了计算误差（图4）。全球范围表层土壤3-羟基脂肪酸的温度和pH代用指标与其对应环境因子的线性关系及其校正公式，进一步证明这些代用指标的全球适用性及广泛的应用潜力。

图1 全球表层土壤样品位置分布图及异构（i-）、反异构（a-）和正构（n-）C₁₅ 3-羟基脂肪酸在不同温度土壤样品中的分布示意图

图2 全球范围土壤样品中3-羟基脂肪酸温度代用指标RAN₁₅和RAN₁₇与年均温度（MAAT）的线性关系

图3 全球表层土壤样品中3-羟基脂肪酸pH代用指标RIAN与土壤pH的线性关系

图4 基于机器学习的高斯过程回归预测得到的温度和pH与实测的年均温和pH间的关系

该研究成果由中国地质大学（武汉）、英国伯明翰大学和澳大利亚蒙纳士大学多个研究团队合作完成。论文得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、“111”引智计划等项目资助。

论文信息：

Title：Global calibration of novel 3-hydroxy fatty acid based temperature and pH proxies

Authors：Canfa Wang, James A. Bendle, Huan Yang, Yi Yang, Alice Hardman, Afrifa Yamoah, Amy Thorpe, Ilya Mandel, Sarah E. Greene, Junhua Huang, Shucheng Xie*.

Source：Geochimica et Cosmochimica Acta, 2021, 302: 101-119.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.03.010