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固氮细菌是意外的甲烷来源

固氮细菌是将空气中的氮气转变成植物和动物可以使用的形式的主要手段。大约10%的这些固氮微生物含有用于制造备用酶的遗传密码,称为仅含铁的固氮酶,以完成它们的工作。

最近的研究表明,这种酶可以使这些微生物同时将氮气转化为氨气和二氧化碳转化为甲烷。氨是主要产品;甲烷只是副业。

该酶促途径是以前未知的甲烷天然生物产生途径。

该研究结果于1月15日在Nature Microbiology上报道。资深作者是华盛顿大学医学院的Gerald和Lyn Grinstein微生物学教授Caroline Harwood。第一作者是Yanning Zheng,她实验室的博士后学生。

“甲烷是一种强效的温室气体。这就是为什么重要的是要考虑它的所有来源,”哈伍德说。

除了从化石燃料中释放外,甲烷还来自微生物活动。在一年内,包括许多生活在海洋和腐烂沼泽中的微生物形成并消耗至少10亿吨甲烷。

古老的单细胞生命形式往往喜欢恶劣的环境,是主要的甲烷发生器。为了实现这一目标,他们利用了复杂的化学途径,其中一些已经被科学家追踪过。

除了具有生态意义外,更好地了解微生物制造甲烷的各种方法在医学上具有重要意义。甲烷生产可以在居住在人类和动物中的微生物群落中起相互作用。例如,肠道中的甲烷被怀疑导致某些消化系统疾病。

然而,尽管几十年前发现了仅含铁的固氮酶,科学家们还没有注意到它也可以被一些微生物用于甲烷生产。“这是一种被忽视的酶,”郑说。

他的团队正在研究一种适应性强的细菌,它能从多种反应中获得能量,即Rhodopseudomonas palustris。尽管如此,研究人员并没有预料到他们所寻找的甲烷会由这种生物体中的纯铁固氮酶产生。

“现在最近的证据表明,只有铁的固氮酶在微生物中比以前认为的更频繁和活跃,”郑说。

为了确保这种产生甲烷的途径不仅仅是沼泽红假单胞菌,它们测试了其他三种具有纯铁固氮酶的固氮细菌的相似能力。

他们还检查了数据,这些数据表明,在许多生理上不同的微生物中检测到仅含铁的固氮酶的基因,这些微生物在它们存活的条件下也有所不同。

他们还了解到,沼泽红假单胞菌能够产生甚至少量的甲烷能够使甲烷利用细菌在同一实验室培养中生长。

研究人员认为,这些相互作用可能在自然界中发生,并支持甲烷氧化细菌的活动。例如,这种形式的甲烷产生可以帮助塑造海洋沉积物,土壤中以及生活在人类和动物中的微生物组中的微生物群落相互作用。

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