苝（perylene）是一类广泛存在于现代沉积物和古老沉积岩中的五环多环芳烃，其来源长期以来一直是有机地球化学研究中的重要问题。已有研究认为，苝可由真菌产生的苝醌类化合物（perylenequinones, PQs）在缺氧条件下转化形成。由于目前已知的大量产苝醌真菌来自陆地环境，海洋沉积物中的苝通常被解释为陆源有机质输入的结果。然而，即使在远离大陆的深海沉积物中，苝仍广泛存在，说明陆源输入可能并不足以解释其全球分布。海洋沉积物内部是否存在苝的原位形成过程，以及深海真菌是否参与这一过程，长期缺乏直接地球化学证据。
近年来的分子生物学研究表明，真菌广泛存在于深海沉积物和甲烷冷泉等极端环境中，部分真菌甚至具有利用甲烷或其他烃类碳源的潜力。因此，研究团队提出：如果海洋冷泉中的苝由本地真菌原位产生，并与甲烷驱动的碳循环有关，那么苝应具有明显区别于普通陆源有机质的极端13C亏损特征。
研究团队以南海海马冷泉两个站位的自生碳酸盐为研究对象，对多环芳烃以及厌氧甲烷氧化古菌（ANME）、硫酸盐还原菌（SRB）和好氧甲烷氧化菌（MOx）等不同微生物来源的脂质生物标志物开展系统分析，并进一步测定单体化合物的碳同位素组成。
图1：全球不同环境中苝的碳同位素组成
结果显示，海马冷泉自生碳酸盐中苝的δ13C值低至−84‰至−61‰，平均约为−73‰，显著低于菲、荧蒽和芘等其他多环芳烃的 −36‰至−24‰。如此强烈的13C亏损特征明显区别于典型陆源有机质，表明传统的陆源输入难以解释这些苝的来源。
进一步分析发现，苝的碳同位素组成与ANME、SRB和MOx等甲烷循环微生物来源脂质具有密切联系，说明苝的形成与冷泉内部甲烷驱动的微生物生态系统相关。
研究进一步结合冷泉甲烷的碳同位素组成以及相关生物代谢过程中的同位素分馏，对甲烷来源碳进入“真菌—苝醌—苝”过程进行了质量平衡约束。模型预测的苝δ13C值约为 −90.3‰至−68.2‰，与实际测得的 −84‰至−61‰明显重叠。层次贝叶斯同位素模型进一步支持甲烷来源碳相对于普通海洋和陆源有机碳具有更高的贡献。综合分子生物标志物、单体碳同位素及模型结果，研究团队认为，海马冷泉中的苝主要来源于冷泉本地的真菌，并通过 “真菌—苝醌—苝（fungus–PQ–perylene）”途径原位形成。甲烷来源碳可能通过真菌直接利用甲烷或其他烃类，也可能通过ANME、SRB和MOx等微生物形成的13C亏损生物质进入真菌代谢体系。
图2：苝与不同来源脂质生物标志物的碳同位素组成对比
这一研究表明，真菌可能是过去被低估的海底碳循环参与者。长期以来，冷泉碳循环研究主要聚焦于古菌和细菌，而真菌等真核微生物的生态功能受到的关注相对较少。本研究发现，真菌可能参与甲烷来源碳向芳香族、相对难降解有机质的转化，为认识深海沉积物中难降解碳的形成提供了新的视角。更重要的是，苝具有较高的地质保存潜力，广泛存在于不同地质时代的沉积记录中。具有极端13C亏损特征、且能够排除陆源输入的苝，有望成为识别现代及古代海底以下真菌活动的新型分子—同位素生物标志物。这一指标为重建地质历史时期深海真菌活动及其参与的化能合成生态系统和碳循环过程提供了新的研究工具。
该研究成果以“Authigenic 13C-depleted perylene in marine cold seeps”为题，于2026年10月26日在线发表于国际地学期刊Geology。
论文共同第一作者为南京大学地球科学与工程学院、国际同位素效应研究中心博士后刘磊和美国加州理工学院地质与行星科学系博士生王者（原地科硕士研究生）；南京大学地球科学与工程学院谢豪副教授与中国石油勘探开发研究院王晓梅研究员为共同通讯作者。南京大学彭永波教授，崂山实验室吴能友研究员、孙甜甜助理研究员和靳佳澎副研究员，中南大学地球科学与信息物理学院张晶妮，以及南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）孙鲁一博士后等共同参与研究。
本研究得到国家重点研发计划、中国博士后科学基金博士后专项、中国石油相关科技项目、新基石科学基金会科学探索奖以及关键地球物质循环与成矿全国重点实验室开放基金等项目资助。
文章信息：
Liu, L., Wang, Z., Sun, T., Zhang, J., Xie, H., Peng, Y., Jin, J., Sun, L., Wang, X., & Wu, N. Authigenic 13C-depleted perylene in marine cold seeps. Geology (2026). https://doi.org/10.1130/G55297.1
图文：刘磊
审核：曾罡
