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科普动态

海洋中的吃货—甲烷氧化菌

文章来源:  |  发布时间:2015-12-31  |  【打印】 【关闭

  

深邃而神秘的海洋,孕育着许多鲜为人知的生命。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等各种碳氢化合物为“食物”,以溶解氧料”,而且它们的“胃口”实在是大得惊人!

 也你会,他到底吃多少能吃得?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 PointCOP)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坡上大5米到70米水深的海底,里每天由海底向海水放的甲量达到了961。海底放的甲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402。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。这部分溶解烷又将两个去向:当即被Methanotrophs“吃掉”,或是随着洋流送而散到更大的范。据估测,该海区的Methanotrophs的“吃速度”大在每天每平方米4微克3并不是 Methanotrophs只能吃么多,而是由于较强的洋流运致溶解甲扩散到大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”4

再来看看一个更大的“自助餐——美国墨西哥湾Gulf of Mexico (GOM)GoM是一个石油和天然气特丰富的海区,全美约有1/3生产的原油产自于此。2010420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715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。个角度来看,次漏油事件也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对这样突如其来的巨大“盛宴”,有没有能力消化掉?让我们非常惊讶又感到欣慰的是,GoMMethanotrophs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。

由此,我可以看出,海洋中的吃Methanotrophs有着巨大的清除甲的能力,但是其“肚量”到底有多大,有待我去探索。

(杜梦然副研究员供稿)

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