海洋中的吃貨—甲烷氧化菌
文章來源： | 發(fā)布時(shí)間：2015-12-31 | 【打印】 【關(guān)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?xì)浠衔?/span>為“食物”，以溶解氧為“飲料”，而且它們的“胃口”實(shí)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(qū)之一--美國加州近岸的Coal Oil Point（COP）冷泉滲漏區(qū)可以給我們一些線索。COP冷泉滲漏區(qū)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(dá)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(shí)，一部分通過氣體交換溶解到水中；另一部分則會繼續(xù)上升并釋放到大氣。據(jù)估測，因受洋流輸送的影響，COP甲烷水合物滲漏區(qū)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(gè)去向：當(dāng)即被Methanotrophs“吃掉”，或是隨著洋流輸送而擴(kuò)散到更大的范圍。據(jù)估測，該海區(qū)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(qiáng)的洋流運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致溶解甲烷被擴(kuò)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(gè)更大的“自助餐廳”——美國墨西哥灣Gulf of Mexico (GOM)。GoM是一個(gè)石油和天然氣特別豐富的海區(qū)，全美約有1/3生產(chǎn)的原油產(chǎn)自于此。2010年4月20日，英國BP石油公司的Macondo Well發(fā)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(dāng)于給一輛車加滿油僅需1/3秒。這是一場災(zāi)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(tài)環(huán)境和海洋生物產(chǎn)生巨大的危害；另一方面甲烷作為一種嚴(yán)重的溫室效應(yīng)氣體，若大量釋放到大氣中去，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。其實(shí)，換個(gè)角度來看，這次漏油事件也給我們提供了一個(gè)十分難得的機(jī)會去研究天然水體對大量甲烷突然釋放如何響應(yīng)。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(diǎn)”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(gè)月時(shí)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(qiáng)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(guān)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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