珊瑚是地球上最高产的生物矿物制造者之一，其中，造礁石珊瑚通常以文石成骨，而八放珊瑚多以方解石成骨——珊瑚为何以及如何"选择"矿物相，学界长期存在"环境控制"与"生物控制"两种假说的争论。深海环境温度、化学近乎恒定，为剔除环境变量、检验生物调控机制提供了天然的"对照实验场"；与此同时，碘、溴等卤素元素作为古海洋氧化还原与火山活动的重要代用指标，其在珊瑚骨骼中的掺入机制同样有待厘清。

 针对上述科学问题，中国科学院广州地球化学研究所博士研究生尹绪娜、何妙洪副研究员等与中国科学院深海科学与工程研究所彭晓彤研究员团队合作，以采自西太平洋马里亚纳海沟1,400米水深的深海柳珊瑚（Callogorgia sp.）为研究对象，综合运用飞秒激光剥蚀-电感耦合等离子体飞行时间质谱（fs-LA-ICP-TOFMS）多元素成像、拉曼光谱与红外纳米光谱等表征手段。从"矿物相选择"与"微量元素掺入"两个独立维度论证了同一核心结论——深海珊瑚骨骼的建造由生物过程主导，而非外部环境驱动。

发现一："三明治"骨骼揭示矿物相切换的分子开关

 首先揭示了Callogorgia sp.珊瑚具有极为罕见的"方解石—文石—方解石"同轴三层骨骼。排除了蚀变、外部环境、离子组成等影响。原位微区分析进一步显示：酸性、富天冬氨酸的生物大分子在两层方解石中显著富集，而在文石层中明显亏损。这类大分子可降低方解石的成核能垒、同时抑制文石生长，从而像"分子开关"一样驱动矿物相逐层突变。大分子分布的时间演化与骨骼中的生物组织印痕相耦合，暗示这种切换由钙化组织或共生微生物的变化所调控。该研究为"有机分子而非外部环境主导八放珊瑚碳酸钙矿物相选择"提供了直接的原位证据，也为仿生可控构筑碳酸钙相结构提供了天然模板。

图1 Callogorgia珊瑚横截面元素、荧光和拉曼成像，揭示“方解石—文石—方解石"同轴三层结构。

图2 纳米红外光谱显示珊瑚内外方解石层比中间文石层更富集偏酸性有机质。 

发现二：卤素环——珊瑚生长的"生物节律记录仪"

 另外，利用广州地化所的飞秒激光剥蚀-电感耦合等离子体飞行时间质谱（fs-LA-ICP-TOFMS）对珊瑚骨骼横断面开展多元素（I、Br、P、Ca、Mg、Sr、S、Ba、Fe）同步成像，首次识别出此前从未被报道过的富碘环带结构与富溴扇形分布。XPS和分相ICPMS进一步证实，卤素主要以有机质结合形式赋存。研究认为，这些卤素分布与珊瑚虫的凋亡—替换、迁移等生物节律密切相关——周期性刷新了珊瑚虫与骨骼的界面，促进卤素在局部富集。

图3 Callogorgia珊瑚骨骼截面的fs-LA-ICP-TOFMS多元素成像。

研究意义：珊瑚骨骼不只是"环境档案"，更是"生物档案"

 两项研究共同表明，深海珊瑚骨骼记录的不仅是外部环境，更是珊瑚自身的生命过程。这一结论具有双重启示：其一，在利用珊瑚I/Ca等指标反演古海洋氧化还原状态、古火山活动时，必须充分评估生物效应的干扰，从而提高古环境重建的可靠性；其二，生物大分子精准调控矿物相切换的机制，为仿生合成具有特定相结构的碳酸钙功能材料提供了新思路。相关成果发表于Geophysical Research Letters和Geochemistry, Geophysics, Geosystems上。该研究获得国家重点研发计划(2023YFF0804801) 和国家自然科学基金（42273012）的资助。

论文信息

He, M.*(何妙洪), Deng, W.(邓文峰), Peng, X.(彭晓彤), Ta, K.(他开文), Xie, T.(谢桐桐), Kou, X.(寇璇), Chen, X.*(陈雪霏), Wang, Y.(王屹), & Wei, G.(韦刚健) (2026). Biological Regulation of Coaxial Calcite-Aragonite-Calcite Skeleton Formation in a Deep-Sea Gorgonian Coral. Geophysical Research Letters, 53(2), e2025GL118919. https://doi.org/10.1029/2025GL118919

Yin, X.(尹绪娜), He, M.*(何妙洪), Peng, X.(彭晓彤), Ta, K.(他开文), Xu, H.(许恒超), Liang, Z.(梁志森), Chen, X.(陈雪霏), Deng, W.(邓文峰), & Wei, G.(韦刚健) (2026). Insights Into Microscale Biomineralization in Deep-Sea Callogorgia Coral via Halogen Banding. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 27(9), e2026GC013193. https://doi.org/10.1029/2026GC013193