海洋中的吃貨—甲烷氧化菌
文章來源： | 發布時間：2015-12-31 | 【打印】 【關閉】
深邃而神秘的海洋，孕育著許多鮮為人知的生命。在這浩瀚而神秘的海洋中，生活著一群“另類的”微生物-甲烷氧化菌（Methanotrophs），他們不愛生猛海鮮，偏愛溫室氣體(Greenhouse Gas, GHG)主要組分之一--甲烷，它們以海洋中的溶解甲烷等各種碳氫化合物為“食物”，以溶解氧為“飲料”，而且它們的“胃口”實在是大得驚人！
也許你會問，他們到底吃多少能吃得飽？目前世界上已知最大的冷泉滲漏區之一--美國加州近岸的Coal Oil Point（COP）冷泉滲漏區可以給我們一些線索。COP冷泉滲漏區分布于Santa Barbara Basin大陸坡上大約5米到70米水深的海底，這里每天由海底向海水釋放的甲烷量達到了96噸1。海底釋放的甲烷以氣泡的形式在水柱中上升時，一部分通過氣體交換溶解到水中；另一部分則會繼續上升并釋放到大氣。據估測，因受洋流輸送的影響，COP甲烷水合物滲漏區每天向大氣輸送的甲烷含量約40噸2。這也就意味著除去約42%被釋放到大氣中的甲烷；剩余約58%的甲烷則被溶解到了海水中去。這部分溶解甲烷又將面臨兩個去向：當即被Methanotrophs“吃掉”，或是隨著洋流輸送而擴散到更大的范圍。據估測，該海區的Methanotrophs的“吃飯速度”大約在每天每平方米4微克3，這并不是說 Methanotrophs只能吃這么多，而是由于較強的洋流運動，導致溶解甲烷被擴散到大約8400平方公里的寬闊海域，研究表明，此過程中所有的溶解甲烷最終都將被Methanotrophs“吃光”4。
我們再來看看一個更大的“自助餐廳”——美國墨西哥灣Gulf of Mexico (GOM)。GoM是一個石油和天然氣特別豐富的海區，全美約有1/3生產的原油產自于此。2010年4月20日，英國BP石油公司的Macondo Well發生爆炸，隨后油井里的石油以每秒110升的速度噴薄而出，同等量的天然氣相伴一同噴出，一直到7月15日油井口被蓋上，可以想象一下，如此驚人的速度相當于給一輛車加滿油僅需1/3秒。這是一場災難性的深海漏油事件，一方面，石油一旦沉降在海底或是富集在海水表面，將對海洋生態環境和海洋生物產生巨大的危害；另一方面甲烷作為一種嚴重的溫室效應氣體，若大量釋放到大氣中去，將會產生嚴重的溫室效應。其實，換個角度來看，這次漏油事件也給我們提供了一個十分難得的機會去研究天然水體對大量甲烷突然釋放如何響應。換言之，海洋中的Methanotrophs面對這樣一場突如其來的巨大“盛宴”，有沒有能力消化掉？讓我們非常驚訝又感到欣慰的是，GoM的Methanotrophs可是大快朵頤了一番，他們首先開心的享用了“好嚼”的“開胃菜”丙烷，然后迅速消化掉了“美味”的“正餐”甲烷，最終把“高熱量”的“甜點”高分子烴也一掃而光，一路“吃吃喝喝”，在漏油井被堵上之后的1個月時間清除了所有泄露的約20萬噸油和氣5。
那么，為什么Methanotrophs有著如此強大的氧化甲烷的能力呢？這是由于在甲烷有氧氧化過程中起關鍵作用的甲烷單加氧酶Methane Monooxygenase (MMO), 特別是可溶性MMO, 具有廣泛的底物特異性。值得一提的是，即使沒有溶解氧這樣一份“特飲”，厭氧甲烷氧化菌也能和硫酸根還原菌一起(Consortia of Methane Oxidizing Archaea, ANME, and Sulfate-Reducing Bacteria, SRB)在缺氧條件下，例如海洋沉積物中，將甲烷氧化。
由此，我們可以看出，海洋中的吃貨Methanotrophs有著巨大的清除甲烷的能力，但是其“肚量”到底有多大，還有待我們去探索。
（杜夢然副研究員供稿）
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