解码“暗物质”！四川科研团队发现并分离培养一种新型产甲烷古菌

川观新闻记者 阚莹莹

近日，农业农村部沼气科学研究所（以下简称“沼科所”）厌氧微生物创新团队联合荷兰瓦赫宁根大学等多家单位，发现并分离培养了一种新型的产甲烷古菌，相关成果发表在《Nature》（《自然》）。

产甲烷古菌是地球上最古老的生命形式之一，大约34.6亿年前就出现在地球上。在当前地球自然生态系统中，产甲烷古菌扮演着重要的角色。例如，产甲烷古菌贡献了全球70%的甲烷排放量。而甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，其增温效应是二氧化碳的28倍，占据全球温室效应20%的含量。此外，产甲烷古菌参与地下有机物质转化为甲烷和二氧化碳的过程，在全球碳循环中扮演着关键角色，每年产甲烷古菌负责固定全球2%的碳。

佛斯特拉门古菌的形态特征。图片由受访者提供

传统观点认为产甲烷古菌隶属古菌域广古菌门，近年来基于一些基础研究，学术界提出自然界中广泛分布着非广古菌门的产甲烷古菌，并推测这些新型古菌除了产生甲烷之外，还具有发酵生长、硫氧化等非甲烷代谢潜能。

“产甲烷古菌是一类通过产甲烷获得能量进行生长的微生物，但如果还存在发酵生长，硫氧化等非甲烷代谢能力，那么产甲烷古菌在全球元素循环中的角色会发生改变。”论文通讯作者、沼科所厌氧微生物创新团队首席科学家承磊研究员说。迄今为止，这些古菌处于“暗物质”状态，一直没有纯培养物，因此这一观点一直没有被研究证实。

“暗物质”状态指的是科学家通过测序技术得到了古菌基因组，但有基因不代表会表达出来，即不一定会在环境中起作用。因此，要证实这一观点，则需要把古菌分离出来，获得单个的菌株即纯培养物，再进行生理功能的实验来验证其基因表达。

厌氧微生物创新团队历时7年，利用自主研发的鸡尾酒分离法，首次分离获得佛斯特拉门古菌（一种非广古菌门的产甲烷古菌）纯培养物，并证实了该古菌具有氢依赖代谢甲基类物质产甲烷的生理功能，但不具有发酵生长能力，这是我国科研团队首次在顶级期刊发表厌氧微生物分离培养的报道。

位于四川的沼科所是国内唯一从事沼气等可再生能源研究的公益性研究所，主要从事农村能源、农业工程、环境科学及其交叉领域重要科学问题、关键技术问题及战略政策研究。沼科所所长孟海波研究员认为，该研究发现的新型产甲烷古菌，是我国在厌氧古菌资源领域的一个重大发现和突破，将助力全球碳循环机理和低碳技术研究。

在中国科学院微生物研究所东秀珠研究员看来，这一研究报道了首个不属于传统的产甲烷古菌的新进化类群，拓展了产甲烷古菌范围。而且这类以氢气还原甲基物质产甲烷的古菌及其代谢途径广泛分布在全球缺氧的地下环境，表明它们对全球甲烷排放具有重要贡献。