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甲烷是一种强效温室气体，但同时，这种气体也是一类重要的可再生能源。早在1999年，德国科学家首次证实了石油烃降解产甲烷的生物学过程。十年后，加拿大科学家报道了油藏中石油烃降解产甲烷也是一种常见的生物过程：微生物可以“吃”掉石油烃，将这种碳氢有机物转化为甲烷，但是这样的转化过程非常缓慢，通常需要1-3年的时间。
整个转化过程十分复杂而且缓慢，涉及降解有机物和合成甲烷这两个截然不同的步骤。过去人们一直认为，该过程至少需要两种不同类型的微生物，通过紧密合作的互营代谢才能实现，它们分别是降解石油烃的细菌，以及产甲烷的古菌。
▲绿色为最新研究中，实验室培养的产甲烷古菌（图片来源：参考资料[1]）
就在今天，一项发表于《自然》的研究打破了这一传统认知。研究首次发现了一种可以独立氧化长链烷基烃的新型产甲烷古菌，并且揭示了古菌产生甲烷的全新途径。
产甲烷古菌是地球上生命起源最早的一类原核微生物，也是全球大气甲烷排放的主要贡献者。正是它们与细菌一起，在缺氧环境中将有机质降解、产生甲烷（也就是沼气发酵）。根据已有的研究，这种古菌仅能通过乙酸发酵、二氧化碳还原、甲基裂解和氧甲基转化这四条途径产生甲烷。
而在《自然》的最新研究中，来自农业农村部沼气科学研究所能源微生物创新团队的科学家与深圳大学、德国马克斯·普朗克海洋微生物研究所、中石化微生物采油重点实验室等单位合作，提出了古菌产生甲烷的第五条途径。
研究团队从山东胜利油田采集并培养获得了快速生长的产甲烷培养物。他们给古菌提供了多种不同的烷基类化合物作为食物，随后观察它们如何利用这些碳氢化合物。
▲实验室培养的产甲烷古菌（图片来源：承磊研究员）
其中，一种新型产甲烷古菌（Ca. Methanoliparum）引起了研究者的注意。它们不需要其他细菌的协助，直接通过烷基辅酶M还原酶启动烃的降解，并通过β氧化和WL途径进入产甲烷代谢过程。与以短链烷烃（如乙烷和丁烷）为食的硫酸盐还原古菌不同的是，新型产甲烷古菌难以利用短链烷烃，却能高效降解长链烷烃，以及含有较长烷基侧链的环己烷和烷基苯。
因此，研究人员将这类新型古菌称作烷基营养型产甲烷古菌。
▲Ca. Methanoliparum的代谢途径（图片来源：参考资料[1]）
至此，这项研究不仅拓展了人们对产甲烷古菌碳代谢功能的认知，还具有一系列实际应用潜力：完善了碳素循环的生物地球化学过程，并为枯竭油藏残余原油的生物气化开采、开发绿色可持续的低碳技术奠定了科学基础。
论文第一作者为周卓、张翠景、刘鹏飞和付琳；沼气科学研究所的承磊研究员、深圳大学的李猛教授和德国马普海洋微生物研究所Gunter Wegener博士为论文共同通讯作者。
参考资料：
[1] Zhou, Z., Zhang, Cj., Liu, Pf. et al. Non-syntrophic methanogenic hydrocarbon degradation by an archaeal species. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04235-2
[2] From the oilfield to the lab: How a special microbe turns oil into gases. Retrieved Dec 22， 2021 from https://www.eurekalert.org/news-releases/938382?
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