在沒有陽光和氧氣的地下深處，存在著大量具有獨特功能的微生物。此前，科學家已在地下深部生物圈發(fā)現(xiàn)了一類能夠“吃”掉甲醇產(chǎn)生甲烷氣體的微生物——古菌，但是其“食物”甲醇從何而來仍是未解之謎。近日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部成都沼氣科學研究所厭氧微生物創(chuàng)新團隊與日本科學家合作發(fā)現(xiàn)了一種合作共贏的菌群互作模式，為解答這一謎題提供了新的線索。相關論文于北京時間1月30日在線發(fā)表于國際期刊《自然》。
該團隊介紹，古菌可能是地球上第一批生物居民。它們藏于深海、深地、高溫等極端環(huán)境，個頭小到肉眼看不見，卻有著不可估量的“大本領”，近年來相關國際研究不斷升溫。
研究團隊首先從地下石油礦藏中先后分離獲得了兩類微生物：厭氧細菌新科物種——嗜甲酸趙氏桿菌、能夠“吃掉”甲醇產(chǎn)生甲烷的厭氧古菌新科物種——勝利甲烷嗜熱微球菌。
研究發(fā)現(xiàn)，嗜甲酸趙氏桿菌可以通過一種獨特的途徑，將自然界中的有機化合物——甲酸轉(zhuǎn)化為甲醇。但這種細菌雖會“釀酒”卻“不勝酒力”，隨著產(chǎn)生甲醇的積累，整個“釀造”過程會逐步停滯。這時，勝利甲烷嗜熱微球菌就可以發(fā)揮作用。它的出現(xiàn)，能夠及時將嗜甲酸趙氏桿菌產(chǎn)生的“甲醇”轉(zhuǎn)化為甲烷氣體，確保嗜甲酸趙氏桿菌“釀造”過程不間斷。二者的“團結(jié)協(xié)作”，使得甲烷氣體源源不斷地被轉(zhuǎn)化生成。
研究團隊介紹，早前，科學界認為，細菌和古菌互作產(chǎn)生甲烷的這種機制——互營代謝主要依賴于二者之間的氫氣、甲酸或電子傳遞，然而，此次發(fā)現(xiàn)的卻是一種新的菌群互作產(chǎn)甲烷模式——種間甲醇轉(zhuǎn)移。此外，科研人員也是首次在微生物細胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)，嗜甲酸趙氏桿菌利用甘氨酸-絲氨酸循環(huán)介導的代謝途徑產(chǎn)生甲醇。這種細菌通過與古菌的“合作”，突破了甲醇生成過程中面臨的熱力學限制。
本項研究豐富了科學界對地球深部生物圈的碳循環(huán)認知，為地下甲基化合物的生物來源提供了新的線索。同時，對指導油氣資源開采也具有現(xiàn)實意義。
研究團隊介紹，甲烷是天然氣的主要成分。我國的能源資源稟賦“缺油、少氣”，地質(zhì)結(jié)構復雜。受技術條件制約，目前，國內(nèi)許多油田可開采的石油量不足真正儲量的一半，大量石油在“沉睡”。由此，科學家設想進行“地下沼氣工程”——利用微生物將枯竭或低品質(zhì)油藏中難以開采的石油部分轉(zhuǎn)化為易于開采的甲烷氣體，實現(xiàn)這些地區(qū)的油氣共采。本次研究的發(fā)現(xiàn)為未來開發(fā)這一“地下沼氣工程”和碳減排新技術提供了新的思路。
該研究得到了國家自然科學基金、中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程和四川省創(chuàng)新群體等項目的支持。
