Science: 甲烷氧化独行侠-厌氧甲烷氧化菌！
Jeff
在缺氧条件的海洋沉积物中，厌氧甲烷氧化菌和硫酸根还原菌一起(Consortia of Methane Oxidizing Archaea, ANME, and Sulfate-Reducing Bacteria, SRB)能将甲烷氧化，从而控制海洋中大量的甲烷释放，对大气和海洋环境的保护具有至关重要的作用！
一般，大家都以为厌氧甲烷氧化菌和硫酸根还原菌必须互生互养，共同存在。然而，Silvan Scheller等人在深海沉积物中利用速率测试和同位素孵化实验发现，厌氧甲烷氧化菌在不需要硫酸根还原菌的情况下，仅仅依靠人工的电子受体也能生长。
这意味着厌氧甲烷氧化菌可以在细胞外传递电子，甚至有望利用海底沉积物中大量存在的铁和镁矿石就能生存。这种新发现的新陈代谢表明仅仅依靠厌氧甲烷氧化菌就有望氧化甲烷，并转化为电能。
图1. 整体循环图
图2. ANME-2新陈代谢多样性
延伸阅读：
在这浩瀚而神秘的海洋中，生活着一群“另类的”微生物-甲烷氧化菌（Methanotrophs），他们不爱生猛海鲜，偏爱温室气体(Greenhouse Gas, GHG)主要组分之一--甲烷，它们以海洋中的溶解甲烷等各种碳氢化合物为“食物”，以溶解氧为“饮料”，而且它们的“胃口”实在是大得惊人！
也许你会问，他们到底吃多少能吃得饱？目前世界上已知最大的冷泉渗漏区之一--美国加州近岸的Coal Oil Point（COP）冷泉渗漏区可以给我们一些线索。COP冷泉渗漏区分布于Santa Barbara Basin大陆坡上大约5米到70米水深的海底，这里每天由海底向海水释放的甲烷量达到了96吨1。海底释放的甲烷以气泡的形式在水柱中上升时，一部分通过气体交换溶解到水中；另一部分则会继续上升并释放到大气。据估测，因受洋流输送的影响，COP甲烷水合物渗漏区每天向大气输送的甲烷含量约40吨2。这也就意味着除去约42%被释放到大气中的甲烷；剩余约58%的甲烷则被溶解到了海水中去。这部分溶解甲烷又将面临两个去向：当即被Methanotrophs“吃掉”，或是随着洋流输送而扩散到更大的范围。据估测，该海区的Methanotrophs的“吃饭速度”大约在每天每平方米4微克3，这并不是说 Methanotrophs只能吃这么多，而是由于较强的洋流运动，导致溶解甲烷被扩散到大约8400平方公里的宽阔海域，研究表明，此过程中所有的溶解甲烷最终都将被Methanotrophs“吃光”。
我们再来看看一个更大的“自助餐厅”——美国墨西哥湾Gulf of Mexico (GOM)。GoM是一个石油和天然气特别丰富的海区，全美约有1/3生产的原油产自于此。2010年4月20日，英国BP石油公司的Macondo Well发生爆炸，随后油井里的石油以每秒110升的速度喷薄而出，同等量的天然气相伴一同喷出，一直到7月15日油井口被盖上，可以想象一下，如此惊人的速度相当于给一辆车加满油仅需1/3秒。这是一场灾难性的深海漏油事件，一方面，石油一旦沉降在海底或是富集在海水表面，将对海洋生态环境和海洋生物产生巨大的危害；另一方面甲烷作为一种严重的温室效应气体，若大量释放到大气中去，将会产生严重的温室效应。其实，换个角度来看，这次漏油事件也给我们提供了一个十分难得的机会去研究天然水体对大量甲烷突然释放如何响应。换言之，海洋中的Methanotrophs面对这样一场突如其来的巨大“盛宴”，有没有能力消化掉？让我们非常惊讶又感到欣慰的是，GoM的Methanotrophs可是大快朵颐了一番，他们首先开心的享用了“好嚼”的“开胃菜”丙烷，然后迅速消化掉了“美味”的“正餐”甲烷，最终把“高热量”的“甜点”高分子烃也一扫而光，一路“吃吃喝喝”，在漏油井被堵上之后的1个月时间清除了所有泄露的约20万吨油和气5。
那么，为什么Methanotrophs有着如此强大的氧化甲烷的能力呢？这是由于在甲烷有氧氧化过程中起关键作用的甲烷单加氧酶Methane Monooxygenase (MMO), 特别是可溶性MMO, 具有广泛的底物特异性。值得一提的是，即使没有溶解氧这样一份“特饮”，厌氧甲烷氧化菌也能和硫酸根还原菌一起(Consortia of Methane Oxidizing Archaea, ANME, and Sulfate-Reducing Bacteria, SRB)在缺氧条件下，例如海洋沉积物中，将甲烷氧化。
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http://science.sciencemag.org/content/351/6274/703
2. Amelia-Elena Rotaru and Bo Thamdrup. A new diet for methane oxidizers. Science, 2016, 351, 658-659.
3. 中科院深海科学与工程研究所官方网站科普新闻“海洋中的吃货—甲烷氧化菌”（网站原文由杜梦然副研究员供稿）
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