ScienceDaily — 甲烷（methane），它是一種比二氧化碳強 20 倍的溫室氣體，也因為如此，如何降低甲烷的濃度便是科學家們必須去研究的方向之一。來自德國萊比錫（Leipzig）Helmholtz Centre for Environmental Research（UFZ）與加州理工學院（California Institute of Technology (Caltech)）的科學家們發現一種寄生共存性（syntrophic）微生物可以明顯的降低甲烷排放到大氣層中。這種微生物透過厭氧性甲烷氧化過程將地球上這種對於全球碳循環（global carbon cycle）中最重要的成分甲烷給吸收掉。地球上大多數的甲烷都以水合物的型態被儲存在海底的深處，不過有 80% 的甲烷幾乎會被這種微生物給消耗掉。
圖1. Anaerobic oxidation of methane (AOM): Archaea in the picture in red, sulfate reducing Bacteria in green. Microscopic image of a AOM consortia from deep sea sediment samples after Fluorescent in situ hybridization.
其實自 1999 年，就已經知道甲烷的厭氧性氧化對於地球的氣候是相當重要的，有許多的國際研究團隊均致力於分離這種微生物，不過卻很少有成功的結果。Pernthaler 與研究團隊發展出一種新的分子技術可以用來選擇性的從複雜的自然族群中分離出這種微生物，並且將它的基因組進行定序。這真的是讓人感到興奮，為了甲烷的厭氧性氧化過程，就必須要去鑑定出所有負責進行這項步驟的基因。這個新的細菌也許也跟另一種能夠將氮氣固定下來的寄生共存性細菌有著親戚關係。
The beauty of small things revealed（美麗的小東西）
在我們所居住的星球上，微生物雖看不見但卻無所不在。它的細胞數量比我們所能見到的宇宙的星光還要多出一億倍，同時也佔去了地球上所有生物質量（biomass）的九成以上。不過我們對這些細菌及古生菌（archaea）到底在做些什麼事始終瞭解不多。因為他們的體積實在是太小了，小到很難去研究他們。大多數的微生物都無法長到太大的尺寸，因此只能在實驗室裡面研究他們。不過最近發展出一種新的分子技術則允許我們可以對這些微生物進行研究，而且是從他們住的自然環境裡。在這項技術裡，其中一個便是對於基因組的定序 － 如此便能知道這種微生物基因的作用。
這個工作對於單一生物已經做得很好了，比如說人類的基因組定序便是如此。不過對於自然界中複雜的族群來說，那就難上加難了。因為所收集到的龐大基因常常與某個生物或生理程序並無關連。有充足的資訊，就像是能讓你從你手上所僅有的 300 片拼圖中去和十億片模糊的拼圖進行比對，然後去找出哪一塊拼圖是屬於哪邊，以及最後你所能看到的整張圖是什麼樣貌。
來自 UFZ 與 Caltech 的科學家們現在利用一種新的技術來解決這個問題。Pernthaler 與他的團隊將一種小鐵球連接到他們所感興趣的微生物當中，然後將這些微生物放入深海中的沈積物裡，接著在應用簡單的磁鐵來完成工作。這種微生物是一種古生菌，他會與硫酸鹽還原細菌一起合作進行一種熱力學程序：稱為甲烷厭氧性氧化（anaerobic oxidation of methane，簡稱 AOM）。這些分佈在全球甲烷水和物上面的海洋沈積物其實瞭解的還不夠充分，不過他們的確對於甲烷相當重要，因為這可以減少這種溫室氣體排放到大氣層當中。
圖2. Schematic drawing of the magneto-FISH procedure. (a) hybridization of target cells with a horseradish peroxidase (HRP) labeled oligonucleotide probe. (b and c) Intracellular deposition of fluorescein labeled tyramide molecules catalyzed by HRP. During the CARD-FISH procedure, fluorescein molecules bound to cellular proteins partially or fully protrude outside of the cell. (d) Addition of anti-fluorescein coated paramagnetic beads to hybridized sediment suspension. (e) Binding of anti-fluorescein coated beads to fluorescein labeled target cells. (f) Magnetic separation of labeled target cells bound to the paramagnetic beads from unlabeled microorganisms and contaminating sediments. (g) Apparatus for paramagnetic bead capture. Funnel A contains the hybridized sample and paramagnetic beads suspended in 1xPBS. Ring magnet (M) is seated around the neck of funnel A to concentrate paramagnetic beads and captured cells. Funnel B functions as a reservoir for controlled washing of the magnetically captured sample.
圖3. Scheme of methane forming and decomposing processes in the marine environment. Very important at cold seeps is the biogenic methane generation via CO2 reduction and the anaerobic oxidation of methane by microorganisms via sulphate reduction (Greinert 1999, modified after Whiticar 1996). 圖片來源：http://www.ifm-geomar.de/uploads/pics/METH_WAY_kl_02.jpg
這些純化過的寄生共存性微生物在經過基因定序之後，Pernthaler 與他的研究團隊便能瞭解在進行 AOM 時，哪一些基因參與了這項工作。在進行這項工作時，科學家們也意外的發現了與這種細菌有著親戚關係的另一種寄生共存性微生物，而且同樣的也能執行 AOM 的工作。Pernthaler 與他的研究團隊發現了一種能將氮氣固定化下來的基因，目前正在實驗室裡面進行有關 AOM 古生菌固定氮氣的實驗。這真是有趣的結果，特別對於固定氮氣來說往往都是相當昂貴的工作，而且由 AOM 所獲取到的能量都是低的。如果能將這種代謝的多樣性與其他微生物的能力進行合併，也許可以成功的將這種由微生物產生的生物地質化學（biogeochemically）能力大幅度的提升。
Journal reference:
1. Pernthaler A., Dekas, A.E., Brown C.T., Goffredi S., Embaye T., Orphan V.J. (2008): Diverse syntrophic partnerships from deep-sea methane vents revealed by direct cell capture and metagenomics. PNAS - Proceedings of the National Academy of Sciences (May 8, 2008) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.0711303105 [link]
Adapted from materials provided by Helmholtz Centre For Environmental Research, via AlphaGalileo.
原始報導：
ScienceDaily：Deep Sea Methane Scavengers Captured
相關連結：
1. ScienceDaily：Methane Devourer Discovered In The Arctic
2. http://www.ifm-geomar.de/index.php?id=mg_methankreislauf&L=1