Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)为美国国家科学院院刊，是综合类的权威期刊，2020年影响因子为11.2。
透光带硫化是古海洋演化过程中常见的现象，并多与重大地质事件相伴生，如二叠纪末期绝灭事件、侏罗纪-白垩纪大洋缺氧事件等。当硫化氢气体进入透光层后，一方面可以杀死大部分产氧和耗氧微生物，另一方面却可以促进厌氧光合菌—光合硫细菌（anoxygenic phototrophic sulfur bacteria）的繁盛。在有光照的情况下，光合硫细菌利用硫化氢生成有机质，并合成特定的芳香基类胡萝卜素，因此芳香基类胡萝卜素的检出是判定古海洋发生透光带硫化现象的重要依据。然而，基于芳香族类胡萝卜素判定古海洋透光带硫化现象的理论框架主要依赖现代的硫化湖泊，在当代开放海洋环境中尚未找到合适的类比体系，这也成为透光带硫化现象“将今论古”环节中尚未解决的一大难题。海洋最小含氧带（Oxygen Minimum Zone）是现代海洋环境中的典型缺氧区域，其中本格拉上升流区域（Benguela upwelling）同时兼备贫氧和间歇性富硫的特征，是研究现代海洋透光带硫化现象的最佳场所之一。
针对该问题，本研究以纳米比亚沿岸本格拉上升流区域的现代海洋沉积物为研究对象，开展了细致的生物标志化合物分析。研究发现，沉积物中游离态有机化合物包含丰富的生物标志化合物以及有机硫化物（图1a），但缺失芳香基类胡萝卜素。通过雷尼镍（Raney-Ni）反应对沉积物脱硫后释放了大量具有生物同分异构体的生物标志化合物（图1b）；更重要的是，指示光合硫细菌存在的芳香基类胡萝卜素也得以检测（图2）。
图1. 脱硫反应前后生物标志化合物类型对比
图2. 脱硫反应前后类胡萝卜素类型对比
在脱硫反应后，类胡萝卜素化合物组分以异海绵烷（isorenieratane）和β-异海绵烷（β-isorenieratane）为主，并含有少量的海绵烷（renieratane）和海绵紫红烷（renierapurpurane）（图2）。其中，异海绵烷的检出证实了本格拉上升流中硫化透光带的存在。同时，8个站位分析结果显示，异海绵烷和β-异海绵烷具有极强的相关性（R2>0.99），揭示了β-异海绵烷也极有可能来自于绿硫细菌。而与其相伴生的海绵烷与海绵紫红烷则可能来源于蓝细菌（cyanobacteria）。
该项研究从有机分子视角，证实了绿硫细菌可以在现代开放海洋硫化环境中生存；通过脱硫反应，揭示了本格拉上升流区域存在透光带硫化现象，解决了古海洋透光带硫化类比缺失问题，对于微生物学、古海洋学和地球化学具有重要意义。有机质脱硫反应的应用为硫化有机质组分的研究提供重要思路。
马健，上海交通大学海洋学院博士后，2015年本科毕业于中国地质大学（北京）地质学专业，2018-2019年在麻省理工学院（MIT）Roger Summons教授研究组进行访问学习，2020年在北京大学获得地质学博士学位，2020年末加入上海交通大学海洋学院。研究领域包括生物标志化合物、新生代古气候演化和湖相碳酸盐岩成因等，目前已经在PNAS，Sedimentary Geology，Chemical Geology等期刊上发表SCI论文10余篇。
论文链接：https://www.pnas.org/content/118/29/e2106040118
