在沒有陽光和氧氣的地下深處，存在著大量具有獨(dú)特功能的微生物。此前，科學(xué)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(xué)研究所厭氧微生物創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與日本科學(xué)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(guān)論文于北京時(shí)間1月30日在線發(fā)表于國(guó)際期刊《自然》。
該團(tuán)隊(duì)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(gè)頭小到肉眼看不見，卻有著不可估量的“大本領(lǐng)”，近年來相關(guān)國(guó)際研究不斷升溫。
研究團(tuán)隊(duì)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(xì)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——?jiǎng)倮淄槭葻嵛⑶蚓?/p>
研究發(fā)現(xiàn)，嗜甲酸趙氏桿菌可以通過一種獨(dú)特的途徑，將自然界中的有機(jī)化合物——甲酸轉(zhuǎn)化為甲醇。但這種細(xì)菌雖會(huì)“釀酒”卻“不勝酒力”，隨著產(chǎn)生甲醇的積累，整個(gè)“釀造”過程會(huì)逐步停滯。這時(shí)，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(shí)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(tuán)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(tuán)隊(duì)介紹，早前，科學(xué)界認(rèn)為，細(xì)菌和古菌互作產(chǎn)生甲烷的這種機(jī)制——互營(yíng)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(xì)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(dǎo)的代謝途徑產(chǎn)生甲醇。這種細(xì)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(xué)限制。
本項(xiàng)研究豐富了科學(xué)界對(duì)地球深部生物圈的碳循環(huán)認(rèn)知，為地下甲基化合物的生物來源提供了新的線索。同時(shí)，對(duì)指導(dǎo)油氣資源開采也具有現(xiàn)實(shí)意義。
研究團(tuán)隊(duì)介紹，甲烷是天然氣的主要成分。我國(guó)的能源資源稟賦“缺油、少氣”，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。受技術(shù)條件制約，目前，國(guó)內(nèi)許多油田可開采的石油量不足真正儲(chǔ)量的一半，大量石油在“沉睡”。由此，科學(xué)家設(shè)想進(jìn)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(shí)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(shù)提供了新的思路。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程和四川省創(chuàng)新群體等項(xiàng)目的支持。
