神秘的古生菌如何「单枪匹马」转化甲烷？
在难以触及的地下油藏深处，传统的原油开采技术无法触及那些隐蔽的原油宝藏。科学家们一直在寻找新的解决方案，而厌氧微生物似乎带来了希望。这些在水库环境中生存的微生物，能够通过沼气发酵原理，将液态原油转化为气态甲烷，为油气联产开辟了一条新的道路。
最近，在《自然》杂志上发表的一篇研究中，农业农村部沼气研究所的创新团队联手深圳大学、德国马普海洋微生物研究所以及中国石油化工股份有限公司的研究人员，为我们揭示了古生菌的神秘面纱。他们从油藏深处发现了一种新型产甲烷古菌，能够在厌氧环境下直接氧化原油中的长链烷烃产生甲烷。这一发现打破了我们对产甲烷古菌的传统认知，展现了它们在碳代谢方面的独特能力。
这些神秘的古生菌被称为“单枪匹马”的甲烷生产者，因为它们能够在没有其他微生物的帮助下独立完成这一复杂的生物过程。它们是一类独特的厌氧微生物，对氧气极其敏感，暴露于空气中几分钟就可能死亡。这些古生菌早在35亿年前就存在于地球上，被认为是地球上最早的生命形式之一。它们对全球大气甲烷排放起着重要贡献，也是沼气发酵中的关键角色。
原油的主要成分是一种复杂的碳氢化合物，由几十个碳链组成。在之前的研究中，科学家们已经知道石油碳氢化合物可以被厌氧微生物降解并转化为甲烷。但这一过程需要多种不同类型的细菌和古菌相互代谢来完成，类似于传统的沼气发酵。这些古生菌却能够独立完成这一过程，直接降解长链石油烃并产生甲烷。
研究人员通过数十年的努力，发现了一个可以直接利用长链石油烃的产甲烷培养物。这种培养物能够降解碳13到碳34的长链烷烃，以及侧链烷烃大于13的环己烷和环己基苯。虽然这一过程需要一到两年的时间，但研究人员们仍然坚持不懈地这一领域，希望能够更好地理解和利用这些神秘的古生菌。
这项研究不仅完善了碳循环的生物地球化学过程，还为衰竭油藏的剩余原油生物气化“地下沼气工程”提供了科学基础。随着研究的深入，我们有望通过厌氧微生物将那些难以触及的原油转化为有价值的甲烷，为油气产业开辟新的前景。这些神秘的古生菌，或许将成为我们未来能源产业的重要助手。揭示油田深处的新生命：科学家发现直接转化烷烃为甲烷的古菌
在石油碳氢化合物的转化过程中，我们始终在其中的奥秘：究竟是什么样的微生物在其中起到了关键作用？国外科学家曾提出假设，自然界可能存在能够直接降解烷烃产生甲烷的古菌，但缺乏确凿的证据。而今，程雷和周卓的研究团队为我们揭示了这一神秘面纱。
回忆起这次研究的经历，程雷表示，重新分析某种培养物时，他们确实发现了微生物的踪迹，而且其种类繁多，需要多维度证据来证实。通过稳定碳同位素标记实验，他们发现加入的正构烷烃几乎完全被转化为甲烷和二氧化碳，从而证实了微生物在其中起到了关键作用。
宏观组学分析帮助他们发现了一种名为Ca。甲醇菌的新古菌。这种古菌具有完整的烃降解和产甲烷代谢途径，并且在降解过程中高丰度表达。更进一步的是，利用高分辨率质谱，他们检测到了烷烃降解产生甲烷过程中的关键中间代谢产物，为这种古菌的碳代谢途径提供了强有力的证据。
这种新发现的古菌可以直接氧化长链烷烃，通过特定的代谢途径进入产甲烷阶段，无需可逆代谢。这意味着，在这种油藏环境下，这种古细菌独立完成了许多细菌和古细菌相互代谢才能完成的复杂工作。这项研究为我们揭示了第五条甲烷生成途径，提高了我们对全球碳生物地球化学循环的认识。
中国石化微生物采油重点实验室的教授汪卫东向《中国科学报》介绍道，油藏条件下还存在丰富的未知微生物，它们以不同的方式降解原油，将其转化为甲烷或天然气。这表明我们对微生物在油藏中的作用还知之甚少，而这一领域的研究具有巨大的潜力。
传统的原油开采技术主要依赖物理和化学方法，导致大量原油残留在地下。基于这项新发现的研究成果，我们有可能利用地下厌氧微生物的作用，将液态原油转化为气态的甲烷，实现油气共采，提高原油的开采利用率，并延长油藏的开发寿命。
胜利油田等一线油气生产单位对这项成果表示出浓厚的兴趣。王登山认为，这一从“0”到“1”的基础研究认知为人们开发“地下沼气工程”奠定了理论基础。他进一步解释说，这种技术相当于在地下油藏中建立巨大的“地下沼气池”，直接利用油藏中的微生物将油转化为甲烷，再进行收集。一旦技术攻关成功，对于枯竭油藏的油气共采将带来数亿吨的增产，为我国的能源安全提供重要支撑。
这项成果还具有巨大的环保意义。通过省去了传统的原油开采炼化过程中的巨大排碳过程，代之以生物转化过程，直接获得清洁能源甲烷，减少碳排放。这种新型产甲烷古菌还有望作为一种全新的合成生物学底盘细胞，具有广泛的应用前景。
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