基于古基因组学方法揭示斯科舍海放射虫与暗囊虫高阶类群50万年来的演替规律及其古海洋学意义

本研究通过古基因组学方法，首次构建了放射虫(Radiolaria)和暗囊虫(Phaeodaria)特异性参考数据库(RPD)，对比PR2数据库分析了南极斯科舍海过去50万年来两类原生生物的群落演替规律。研究发现其类群组成变化与冰期-间冰期(G-I)旋回显著相关，为理解脆弱类群在碳循环中的作用及古海洋环境重建提供了新视角。

　　

在浩瀚的南大洋深处，单细胞浮游生物放射虫(Radiolaria)和暗囊虫(Phaeodaria)构成了海洋生态系统的隐形支柱。这些微小生物不仅拥有从寒武纪延续至今的演化历史，更通过硅质骨骼形成和有机碳输出深刻影响着全球生物地球化学循环。然而传统研究面临两大困境：一是依赖化石记录导致轻硅化或软体类群信息缺失；二是分类学认知滞后——分子生物学已证实暗囊虫(Phaeodaria)应归入尾丝虫门(Cercozoa)，而非传统形态学划分的放射虫类。

为突破这些限制，澳大利亚塔斯马尼亚大学南极与海洋研究所(Institute of Marine and Antarctic Studies, University of Tasmania)的V. Lowe团队在《Marine Micropaleontology》发表创新研究。团队利用国际大洋发现计划(IODP)382航次在斯科舍海获取的沉积岩芯，通过沉积古DNA(sedaDNA)技术构建了首个放射虫-暗囊虫特异性参考数据库(RPD)，包含4909条18S/28S rRNA序列。通过对比PR²数据库的221,085条序列，系统分析了U1534、U1536和U1538三个站位过去50万年来四类生物（棘刺虫纲Acantharea、暗囊虫纲Phaeodaria、多孔虫纲Polycystinea、轴足虫纲Taxopodida）的群落动态。研究采用MALT序列比对、弦距离聚类分析和PELT变点检测等关键技术，所有样本均通过钻探液PFMD示踪剂和空白对照验证数据的可靠性。

3.1 数据库比较

RPD与PR²数据库在多孔虫纲(r=0.82)和暗囊虫纲(r=0.5-0.67)的相对丰度上高度一致，但轴足虫纲因参考序列稀少呈现较大差异。值得注意的是，暗囊虫DNA在78%的样本中被检出，其丰度(10-40%)远超化石记录预期，证实这类易溶解类群在南大洋长期占据重要生态位。

3.2 变点分析

四个关键变点均与暖事件相关：MIS7期间U1534站棘刺虫纲增加而暗囊虫纲减少；MIS5e阶段U1536站棘刺虫纲和暗囊虫纲同步增加；MIS1时期U1538站暗囊虫纲显著增加。聚类分析显示这些变化均属于冰期-间冰期(G-I)旋回内的周期性波动，未出现超越自然变率的永久性转变。

3.3 时空格局

最靠近现代海冰边缘的U1538站经历两次群落重组，反映海冰进退对原生生物群落的强烈调控。多孔虫纲因硅质骨骼的保护作用在沉积记录中占比最高(PR²数据库61.3%)，而棘刺虫纲参与所有变点事件，暗示其对环境扰动异常敏感。

这项研究首次证实：1）小型类群特异性数据库在古环境重建中具有与综合数据库相当的可靠性；2）放射虫-暗囊虫群落50万年来始终遵循G-I旋回的演变规律，未受晚更新世物种灭绝事件显著影响；3）暗囊虫通过sedaDNA技术检出的持续存在，修正了传统认知中该类群"化石罕见即生态贡献有限"的偏见。这些发现为评估当前气候变暖背景下海洋原生生物的响应模式提供了深时类比，其构建的RPD数据库将成为未来古海洋学研究的重要工具。尤其值得注意的是，占现代海洋浮游生物量5.2%的这类生物，可能通过"生物碳泵"机制对深海碳封存产生远超预期的贡献——这一发现为完善全球碳循环模型提供了新的参数依据。