我国黄土地层中赋存着丰富的蜗牛壳体化石，这些化石壳体碳同位素（δ13Cshell ）、氧同位素（δ18Oshell）具有重建蜗牛食性和古环境变化的潜力，例如可以利用壳体碳同位素（δ13C）来反映环境中C3植物（其光合作用初级产物为含三个碳原子的化合物的植物）和C4植物（其光合作用的初级产物为含四个碳原子的化合物）的分布比例，进而研究地区不同的气候类型。然而，季风区蜗牛壳体碳、氧同位素的环境意义尚不明确。为了明确蜗牛壳体碳、氧同位素的生态和环境意义，“生物多样性与生态安全”项目王旭副研究员等人员，系统地采集了我国从南到北广阔区域两个常见种属华蜗牛（Cathaica sp.）和巴蜗牛（Bradybaena sp.）现生壳体，总共获得64个地点的巴蜗牛和27个地点的华蜗牛的碳、氧同位素数据，详细研究了它们与温度、降雨等各环境因子的关系。
本研究结果表明，巴蜗牛δ13Cshell值的分布范围是-9.52‰～-14.16‰，其食物碳同位素值为-24.7‰～-29.34‰，主要反映了C3植物的碳同位素信号，并且巴蜗牛δ13Cshell与海拔高度呈正相关，与年降雨量呈负相关（图1a和1e）。同时，在进一步对年降雨量为450～550mm之间的地点进行研究发现，巴蜗牛δ13Cshell与年均温呈正相关（变率为0.13‰/°C）。巴蜗牛δ13Cshell所表现的上述关系同C3植物与各环境因子的关系是一致的。相比而言，华蜗牛δ13Cshell值的分布范围是-5.21‰～-13.03‰，其食物碳同位素值为-19.10‰～-26.92‰，记录了C3植物和C4植物的碳同位素混合信号，而华蜗牛δ13Cshell仅具有较强的高度效应（与高度正相关，见图1f）。
图1 蜗牛壳体碳同位素与各环境因子的关系。（a）巴蜗牛δ13Cshell随着年降雨量的变化；（b）华蜗牛δ13Cshell随着年降雨量的变化；（c）巴蜗牛δ13Cshell随着年均温的变化；（d）华蜗牛δ13Cshell随着年均温的变化；（e）巴蜗牛δ13Cshell随着海拔高度的变化；（f）华蜗牛δ13Cshell随着海拔高度的变化。图（a）中红色虚线代表年降雨量<800mm时巴蜗牛δ13Cshell的变化斜率，而绿色虚线则代表年降雨量>800mm时巴蜗牛δ13Cshell的变化斜率，由图可知当年降雨量<800mm时δ13Cshell斜率较大，表明该条件下降雨对C3植物δ13C的较强影响。按照显著性P<0.001，巴蜗牛δ13Cshell与降雨量负相关，与海拔高度正相关，而华蜗牛δ13Cshell仅与海拔高度正相关。
在以往研究中，蜗牛壳体氧同位素（δ18O）与温度、降雨量、相对湿度和降雨氧同位素等有关，而在不同研究区表现出的主控因素却有所差别。在本研究中，巴蜗牛δ18Oshell在东亚季风区与年均温呈正相关（图2a），可能体现了降雨氧同位素的温度效应（即降雨氧同位素随温度升高而偏正）。然而，在西风区和印度季风区，巴蜗牛δ18Oshell则均表现出与年降雨量负相关(图2c和2d)，可能反映了降雨氧同位素的雨量效应（即降雨氧同位素随降雨量增加而偏负）。鉴于巴蜗牛δ18Oshell与温度间存在较强的相关性，巴蜗牛δ18Oshell可以在东亚季风区用来重建古温度。在对同一取样地点的两种蜗牛进行比较，华蜗牛δ18Oshell要比巴蜗牛略低（平均低0.97‰），表明两种蜗牛具有不同的生理生态习性。华蜗牛δ18Oshell总体上与年均温、年降雨量和相对湿度等环境因子都没有显著的相关性，只是在东北地区与年均温具有较好的正相关关系，表现出它具有明显的局地性。
图2 巴蜗牛壳体氧同位素随温度和降雨量的变化。（a）东亚季风区巴蜗牛δ18Oshell随着年均温的变化（靠近海岸（方框符号）和大湖（三角号）的地点除外）；（b）东亚季风区近海岸地点巴蜗牛δ18Oshell随着年降雨量的变化；（c）西风区巴蜗牛δ18Oshell随着年降雨量的变化；（d）印度季风区巴蜗牛δ18Oshell随着年降雨量的变化。
该研究明确了华蜗牛和巴蜗牛壳体碳、氧同位素在不同风系控制地区与各环境因子的关系，为地层记录中陆生蜗牛壳体稳定同位素的解释指明了方向，并再次强调蜗牛生理生态习性差异在古气候研究中的重要性。
该研究成果得到中国科学院A类战略性先导科技专项地球大数据科学工程资助（XDA19050104，第一标注），相关研究成果已经在JGR-Biogeosciences发表。
