神奇分子在哪里之 —— 长链烯酮

天气冷了，我们会穿上厚衣服保暖。同样地，地球上的其他生物在感知到外界环境冷暖变化的时候，也会给自己添减“衣物”，以适应环境温度的变化。该过程的幕后功臣就是我们今天要介绍的神奇分子。那么，它们究竟是怎么做到的，对于我们探寻古环境的奥秘又有什么用呢？

神奇分子在哪里？我们首先从长链烯酮说起。

1、颗石藻（Coccolithophores）

提到长链烯酮，就不得不提及它的母质来源 —— 颗石藻。1836 年，Ehrenberg 首次于波罗的海发现了颗石藻，随后科学家在全球海洋均发现了各种类型的颗石藻。颗石藻又称球石藻，是一类广布的海洋藻类，属于单细胞钙质浮游藻类，生活在 200 米以浅的上层海水中。多数颗石藻为自养生物，借助阳光和水中的二氧化碳、硝酸盐和其他非有机盐进行光合作用。颗石藻大小不一（直径 5-100 μm），具有独特的形态学特征，其内部是细胞以及有机质，而外部则被许多圆盘状、具有独特花纹的碳酸钙“骨骼”（颗石）包围。

当颗石藻细胞死亡后，其体内的细胞部分腐烂分解，而钙质“骨骼”则会随着水体或生物粪便杂质等下沉到海底，并逐渐形成化石，长久地在海洋沉积物中保存下来，为我们探寻古海洋环境留下了蛛丝马迹。

2、长链烯酮

长链烯酮 (LCAs, long-chain alkenones) 是指带有 2 至 4 个双键的长链不饱和甲基或乙基酮 (C37-C39)，主要产自少数几种颗石藻的细胞质和细胞膜，其中最主要的贡献源是赫胥黎藻 (Emiliania huxleyi) 和大洋桥石藻 (Gephyrocapsa oceanica)。这两种藻都属于广温性（对生活的适应温度范围很广）藻种，广泛分布于世界大洋中。如赫胥黎藻适应的温度范围为 2-29℃，根据生活水域测定温度，可分为极地型、冷水型和暖水型。颗石藻这种分布特征决定了长链烯酮也存在于全球的各个海域。

在生活中，我们或许会留意到，当天气寒冷的时候，动物的油脂往往会比植物油更易凝固。出现这种现象，除了有两者凝固点不同的原因之外，还因为动物油脂含脂多，主要为饱和脂肪酸，容易凝固，而植物油中含油多，油分子中含不饱和脂肪酸高（即相对来说含有的不饱和键更多），不易凝固。那么，颗石藻的细胞膜也是如此，当其所处的环境温度发生变化时，为了保持细胞膜的流动性，在生物合成过程中，它会自行调整酮类化合物的不饱和键的比例，以适应外界变化。在高纬度海区，海温较低时，颗石藻会更倾向于合成不饱和键更多的 C37:3 和 C37:4，以维持细胞膜的流动性。而在低纬度海区，海温较高，颗石藻则大量合成不饱和键较少的 C37:2。这就好比哈尔滨的你“棉袄加身尤觉冷”，三亚的我“T 恤短裤仍嫌热”。正是颗石藻的这种特性，使得 C37 烯酮的不饱和度成为了指示水体温度变化的良好指标。

长链烯酮不饱和度通常指含有 37 个碳原子的长链烯酮的不饱和度，用或来表示。其中，U 指不饱和 (Unsaturation)，K 指酮 (Ketone or Alkeno-ne)，37 指长链烯酮的碳原子数。在实际应用中，其计算公式为：

也就是 C_37:2 的占比。

实验表明，

与全球海表温度都有着非常好的对应关系，并在温暖 (28°C) 和寒冷 (-6°C) 海区都有着较好的应用。但由于颗石藻的生长还会受到除温度以外的环境因素的控制，不同海域的

与海表温度之间的线性关系并不完全一致，需要根据实际情况而定。

与表面混合层 (0-30 m) 样品的实测水温的关系 (Conte, 2006, GGG)

但是这并不影响指标在全球海区的广泛应用。从空间上看，指标可应用于全球海域，描绘着不同海域的独特画卷。从时间上看，指标可跨越百万年甚至千万年时间尺度，诉说着气候演变的波澜壮阔。

看到这里，你应该对这种神奇分子有一定的了解了吧？虽然长链烯酮看不见，摸不着，但通过有机提取实验和检测仪器，我们便能确定它的存在，并利用其不饱和度与海温之间的关系，建立“古海洋温度计”，追溯过去几百万年以来的海水温度变化，为科学家研究地球海陆变迁、气候冷暖变化，提供了珍贵的“历史档案”。看来，这种分子的神奇之处便在于，在脱衣与穿衣的变换中，诉说着气候的变迁。

Reference

• [1]     Billard C, Inouye I. What is new in coccolithophore biology?[M]//Coccolithophores. Springer, Berlin, Heidelberg, 2004: 1-29.

• [2]     Conte M H, Sicre M A, Rühlemann C, et al. Global temperature calibration of the alkenone unsaturation index () in surface waters and comparison with surface sediments[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2006, 7(2).

• [3]     Herbert T D, Peterson L C, Lawrence K T, et al. Tropical ocean temperatures over the past 3.5 million years[J]. science, 2010, 328(5985): 1530-1534.

本文来自微信公众号：石头科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：知行