多重硫同位素分化網格的擴充

分化網格的涵蓋範圍與形狀主要受到 ³⁴α 和 ³³λ 所控制，其中 ³⁴α 是各步 驟的分化係數，而 ³³λ 值代表 δ³⁴S 和 δ³³S 之間的關係。不同類型的同位素分 化過程會造成 ³³λ 值的差異，同位素分化過程包括平衡分化與動力學分化，平 衡分化來自於不同質量同位素之間鍵結力的差異，此作用下 ³³λ 值的範圍在 0.514-0.516 之間，而動力學分化為單向化學或物理作用所產生的同位素分化，

此作用下 ³³λ 值可在 0.500 和 0.516 之間變動 (Farquhar et al., 2003)。硫酸鹽 異化還原作用包含了熱力學平衡分化與動力學分化 (Hoek and Canfield, 2008) ， 因此 ³³λ 值可使用 0.500 到 0.516 之間的數值而不限制於 0.515。將 ³³λ 值以 0.500、0.505、0.510、和 0.515 帶入，隨著 ³³λ 值的改變 ³³α3 與 ³⁴α4 之間的關 係也會隨其變化，將 ³⁴α 固定帶入不同的 ³³λ 值可得到不同數值的 ³³α (表 4-3)。

從作圖結果可發現 ³³λ 值的改變會影響 Δ³³SH2S-SO4 值與網格形狀但不具有規律 性，而在設定相同的分化係數大小時 (即相同的 ³⁴α3 和 ³⁴α4值) δ³⁴SH2S-SO4 值的 涵蓋範圍則無明顯的變化 (圖 4-5)

34αx 值是不同步驟的分化係數，計算網格時所使用的 ³⁴α3 和 ³⁴α4 分別是亞 硫酸鹽轉化為硫化物和硫酸鹽轉化為亞硫酸鹽步驟所造成的分化，³⁴α 和 ³³α 的 關係則受到 ³³λ 值所控制。在此討論 ³⁴αx 變化的影響時，³³λ 值設定為 0.500 和 0.516 ，再將 ³⁴α3 和 ³⁴α4 其中一值固定調整另一值，此時可得到相對應的 ³³α 值 (表 4-4)，藉此觀察調整 ³⁴α3 和 ³⁴α4 值對網格的影響。當固定 ³⁴α4 (0.9731) 將

34α3 分別以 0.9400、0.9450 和 0.9500 帶入，觀察作圖結果發現 ³⁴α3 值較小時 會具有較大的網格大小、Δ³³SH2S-SO4 和 δ³⁴SH2S-SO4 值變化範圍，網格形狀不會因

34α3 值改變產生明顯的變化 (圖 4-6)。但是在不同的 ³³λ 值下，網格大小與

Δ³³SH2S-SO4 值隨 ³⁴α3 值改變會具有不同的變化，當 ³³λ 值為 0.500 時兩者會隨

著 ³⁴α3 值的減小而增加 (圖 4-6a)，然而當 ³³λ 值為 0.516 時兩者隨 ³⁴α3 值改 變沒有規律性變化 (圖 4-6b)。當固定 ³⁴α3 (0.9462) 將 ³⁴α4 分別以 0.9600、

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0.9650 和 0.9700 帶入，較小的 ³⁴α4 值會使 Δ³³SH2S-SO4 和 δ³⁴SH2S-SO4 值的涵蓋 範圍較大，並且使分化網格的下緣會往較大 Δ³³SH2S-SO4 值移動。調整 ³⁴α4 值對 於分化網格形狀有明顯的影響，而在不同 ³³λ 值下分化網格形狀隨 ³⁴α4 值變化 的趨勢也會有所不同 (圖 4-7)。

嗜熱菌 T. commune 接近株的多重硫同位素分析作圖結果有資料點落在平衡 分化網格的下緣之外 (圖 4-4b)，所以需要調整參數使分化網格包絡範圍往較負

的 Δ³³SH2S-SO4 值移動，由前述分析可知當 ³³λ 值為 0.510 時分化網格能夠在負

值 Δ³³SH2S-SO4 區域包絡最大範圍，因此選定³³λ 值為 0.510。在 ³⁴α3 和 ³⁴α4 值 方面，由於調整 ³⁴α4 值會使網格下緣產生變化 (圖 4-7)，因此先將 ³⁴α3 值固定，

調整 ³⁴α4 值使分化網格可包絡具有負值 Δ³³SH2S-SO4 的資料點，最後再調整 ³⁴α3

值使分化網格可包絡所有資料點。以熱力學平衡下可產生最大網格的 0 ^oC 下的 分化參數作為參考依據 (³⁴α3= 0.9462，³⁴α4=0.9731)，將 ³³λ 值以 0.510 代入並 且固定 ³⁴α3 值 (0.9462)，³⁴α4 值分別以 0.9600、0.9731 和 0.9800 代入，作圖 結果顯示當³⁴α4 值為 0.9800 時可剛好將具有負值 Δ³³SH2S-SO4 的資料點放入網 格當中，但仍有資料點落在分化網格之外 (圖 4-8a)，因此固定³³λ 值和 ³⁴α4 值 (0.510 和 0.9800) 將³⁴α3 值分別以 0.9300、0.9462 和 0.9200 代入，發現當³⁴α3

值為 0.9200 時可剛好將所有資料點放入分化網格中 (圖 4-8b)。

由於嗜溫菌 D. gigas 產生最大的 Δ³³SH2S-SO4 值，而當 ³³λ 值為 0.515 時可 在相同的分化係數下產生最大 Δ³³SH2S-SO4 值 (圖 4-5)，因此我們選用 0.515 作 為嗜溫菌 D. gigas 多重同位素分化網格的 ³³λ 值，同樣以熱力學平衡下可產生 最大網格的 0 ^oC 下的分化參數 (³⁴α3= 0.9462，³⁴α4=0.9731) 作為參考依據，先 固定 ³³λ 值 (0.515) 和 ³⁴α3 值 (0.9462)，調動 ³⁴α4 值。由於當 ³⁴α4 值較小時可 產生較大 Δ³³SH2S-SO4 值但是同時會使分化網格下緣往上移動 (圖 4-7)，因此我們 將 ³⁴α4 值分別以 0.9500、0.9600 和 0.9731 代入，希望求得一 ³⁴α4 值可使網格 產生最大 Δ³³SH2S-SO4 值，同時網格下緣仍包絡具有最小 Δ³³SH2S-SO4 值的資料點。

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作圖結果顯示當 ³⁴α4 值為 0.9500 雖然可以產生最大的 Δ³³SH2S-SO4 值，但會使 具有最小 Δ³³SH2S-SO4 值的資料點落在分化網格之外 (圖 4-9a)，因此將選用 0.9600 作為 ³⁴α4 值可使分化網格包絡具有最小 Δ³³SH2S-SO4 值的資料點同時產 生較大 Δ³³SH2S-SO4 值。之後固定 ³⁴α4 值 (0.9600) ，將 ³⁴α3 值分別以 0.9000、

0.9100、0.9200 和 0.9462 代入，作圖結果顯示當 ³⁴α3 值為 0.9000 時才可將 所有資料點放入網格當中 (圖 4-9b)。

經由 ³⁴α 和 ³³λ 值的調整可以分別找到能夠完全涵蓋兩菌株產生之多重硫 同位素分化結果的網格，但是所推導出能夠涵蓋本研究分析結果的網格，其 ³⁴α3、

34α4 值小於前人研究中的設定 (表 4-1)，表示細胞內部各反應步驟的分化程度很 大，整個網格所涵蓋的分化範圍也較以往更大，分化最大可達 150‰，但這樣的 設定可能並不合理。兩菌株之 ³³λ 值需分別設定為 0.510 和 0.515，前者是動 力分化的 ³³λ 值範圍，後者則是兩類分化都可涵蓋的 ³³λ 值範圍，表示硫酸還 原菌所進行的硫酸鹽還原作用可能是動力學或是平衡分化的結果，因此僅考慮平 衡分化下的分化係數可能會太過於簡化。總結上面討論的綜合結果，要獲得正確 的參數建立模型並不容易，可能是由於所使用的模型無法充分代表細胞的新陳代 謝過程，或是模型中所使用的分化係數有一個或多個是不正確的，也有可能兩個 問題皆存在。雖然為了可以涵蓋分析結果而更改分化參數尚無其他研究支持，且 可能造成質量流參數 (f3 和 f5) 的絕對數值不正確，但由於網格的結構與內部質 量流參數對網格的影響仍是相似的，因此資料呈現的整體變化趨勢仍然存在。下 節將藉由變化趨勢的觀察與討論推測細胞內部質量流隨溫度的變化。

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表4-3、不同 ³³λ 值對於 ³³α3 和 ³³α4 的影響

34α3=0.9682，³⁴α4=0.9827

33λ ³³α3 33α4

0.500 0.9840 0.9913

0.505 0.9838 0.9912

0.510 0.9837 0.9911

0.515 0.9835 0.9911

表4-4、分別調整 ³⁴α3 和 ³⁴α4 建構分化網格使用之分化係數

33λ=0.500 ³³λ=0.516

34α4=0.9731，³³α4=0.9865 ³⁴α4=0.9731，³³α4=0.9860

34α3 33α3 34α3 33α3

0.9400 0.9695 0.9400 0.9686 0.9450 0.9721 0.9450 0.9712 0.9500 0.9747 0.9500 0.9739

34α3=0.9462，³³α3=0.9727 ³⁴α3=0.9462，³³α3=0.9719

34α4 33α3 34α4 33α3

0.9600 0.9798 0.9600 0.9792 0.9650 0.9823 0.9650 0.9818 0.9700 0.9849 0.9700 0.9844 說明：固定 ³³λ 值分別調整 ³⁴α3 和 ³⁴α4 得到對應的 ³³α。

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-0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

-50 -40 -30 -20 -10 0

Δ

S

δ

S

34

α

=0.9682 ，

α

=0.9827

0.505 0.51 0.50 0.515

(a)

圖4-5、³³λ 值改變對於網格的影響。將 α 值固定不變的情況下，將 ³³λ 值代入 0.515、0.510、0.505 和 0.500，圖中分別以線段與點狀混和線、虛線、點狀線和 實線代表，圖中顯示 ³³λ 值的改變會造成網格形狀與 Δ³³SH2S-SO4值的變化。

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