科学家发现细菌与古菌“携手”生成甲烷新机制

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  本报北京2月4日电（记者杨舒）在没有阳光和氧气的地下深处，存在着大量具有独特功能的微生物。此前，科学家已在地下深部生物圈发现了一类能够“吃”掉甲醇产生甲烷气体的微生物——古菌，但是其“食物”甲醇从何而来仍是未解之谜。近日，农业农村部成都沼气科学研究所厌氧微生物创新团队与日本科学家合作发现了一种合作共赢的菌群互作模式，为解答这一谜题提供了新的线索。相关论文于1月30日在线发表于国际期刊《自然》。

  该团队介绍，古菌可能是地球上第一批生物居民。它们藏于深海、深地、高温等极端环境，个头小到肉眼看不见，却有着不可估量的“大本领”，近年来相关国际研究不断升温。

  研究团队首先从地下石油矿藏中先后分离获得了两类微生物：厌氧细菌新科物种——嗜甲酸赵氏杆菌、能够“吃掉”甲醇产生甲烷的厌氧古菌新科物种——胜利甲烷嗜热微球菌。研究发现，嗜甲酸赵氏杆菌可以通过一种独特的途径将自然界中的有机化合物——甲酸转化为甲醇，但这种细菌虽会“酿酒”却“不胜酒力”，随着产生甲醇的积累，整个“酿造”过程会逐步停滞。这时，胜利甲烷嗜热微球菌就可以发挥作用。它的出现，能够及时将嗜甲酸赵氏杆菌产生的甲醇转化为甲烷气体，确保嗜甲酸赵氏杆菌“酿造”过程不间断。二者的“团结协作”，使得甲烷气体源源不断地被转化生成。

  研究团队介绍，早前，科学界认为细菌和古菌互作产生甲烷的这种机制——互营代谢，主要依赖于二者之间的氢气、甲酸或电子传递，然而，此次发现的却是一种新的菌群互作产生甲烷模式——种间甲醇转移。此外，科研人员也是首次在微生物细胞内发现，嗜甲酸赵氏杆菌利用甘氨酸-丝氨酸循环介导的代谢途径产生甲醇。这种细菌通过与古菌的“合作”，突破了甲醇生成过程中面临的热力学限制。

  该研究丰富了科学界对地球深部生物圈的碳循环认知，为地下甲基化合物的生物来源提供了新的线索。同时，对指导油气资源开采也具有现实意义。

  研究团队介绍，甲烷是天然气的主要成分。我国的能源资源禀赋“缺油、少气”，地质结构复杂。受技术条件制约，目前国内许多油田可开采的石油量不足真正储量的一半，大量石油在“沉睡”。由此，科学家设想进行“地下沼气工程”——利用微生物将枯竭或低品质油藏中难以开采的石油部分转化为易于开采的甲烷气体，实现这些地区的油气共采。该研究的发现为未来开发这一“地下沼气工程”和碳减排新技术提供了新的思路。