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爱吃甲烷的大胃细菌

(文/Ed Yong)2010年4月20日,一个甲烷气泡沿着Deepwater Horizon石油钻塔的钻机柱架快速上升,一路冲破密封层和障碍物,势如破竹。当它在钻井平台表面爆炸时,已经膨胀到了最初体积的164倍。钻塔被炸得四分五裂,着火之后在两天内沉下海面,任由石油和天然气在墨西哥湾喷涌,历时83天。

这个让人手忙脚乱的甲烷气泡只是个先头部队,此后,钻井无遮无拦地将大量天然气释放入墨西哥湾。溶在水中的这一大股甲烷可以隐藏多年,就像是地球放了个屁。但到了八月,甲烷神奇地消失了。德克萨斯A&M大学的John Kessler三次前往墨西哥湾,却始终无法发现甲烷的蛛丝马迹。但是,他觉得他找到了原因——甲烷被细菌吃掉了。

废弃油井中喷涌而出的天然气刺激了一种嗜甲烷菌的生长,它们能够分解甲烷,以之作为唯一的能量来源,迅速搞定天然气泄漏的问题。当Kessler到达墨西哥湾时,距离最初的泄漏仅有四个月,而他发现了大量的细菌和只剩一丁点的甲烷。

“Kessler的论文是很棒的工作。”Terry Hazen说,他也在研究细菌如何对Deepwater Horizon灾难做出反应。“我也猜到了嗜甲烷菌对甲烷泄漏的反应会很快,我们还有尚未发表的数据……要是我们动作快点抢先发表就好了。”

Kessler的发现不仅适用于去年的这场灾难,它还告诉我们世界各地的深海中,自然产生的那些甲烷泡下落如何。海底中的甲烷被束缚在冰做的“笼子”中,叫做甲烷水合物。甲烷在自然状态下会从这些储备地中逃走,在海底形成排气口或自然的油气泄漏。如果天然气接触了大气,则会对地球的气候造成严重影响,毕竟甲烷是种强有力的温室气体,而海底甲烷水合物的含碳量是世界上化石燃料含碳量的两倍。

但天然气能不能跑到大气中还不一定,而且Kessler认为,这件事不太可能。尽管科学家不能制造大规模的甲烷泄漏来预测后果,但他们可以依靠“自然实验”,也就是像Deepwater Horizon油井这样的意外泄漏。如果天然气不能突破海底细菌的屏障,那么自然的天然气渗漏过程可能也是安全的。

有些科学家指出,在地球的一些大灭绝事件中,水合物释放的甲烷可能是气候突变的元凶,包括几乎灭绝生命的那一次——二叠纪-三叠纪大灭绝。

俄勒冈大学的Greg Retallack最早表示了对这个观点的支持,但后来他改了主意。“我喜欢这篇论文,它意味着我与‘甲烷水合物泄漏导致大灭绝’这个观点的爱情长跑要结束了。”他说,“海洋中的甲烷似乎根本无法冒出海面,因为它会在迅速在海底消耗掉。”

研究Deepwater Horizon油井泄漏的Richard Camilli同样赞成这一点。他说,Kessler的结论也许不仅适用于自然的甲烷泄漏,还适用于其它的油井泄漏事件。“这篇文章会成为经典。”他说。

六月,David Valentine首先描述了墨西哥湾的一股石油,他发现大部分甲烷处在800米到1200米深的水层中。当Kessler在八月底乘坐美国国家海洋和大气局的Pisces号船到达同一地区时,甲烷却不见踪影。然而,他发现了一些石油中化学物质的分解产物,氧含量也低得可疑。

许多嗜甲烷菌在分解甲烷的过程中消耗氧气,因此Kessler认为是微生物将甲烷分解掉了。他甚至发现了这种细菌。九月,Kessler从几个不同地点找到了几种嗜甲烷菌,在某些地点,这些专职吃甲烷的细菌甚至成为了第三大菌群。

回到六月,还没发现嗜甲烷菌的时候。Valentine和Hazen反倒检测出了另外几种细菌,它们能够分解石油中的其它碳水化合物,例如乙烷和丙烷,它们是石油分解舞台上首先登场的角色。Valentine预测,其它细菌会在它们之后清扫战场,“繁盛然后衰败地循环着细菌演替的过程”。他的预测是正确的,到了九月,先前在六月份统治墨西哥湾的细菌全部消失,而嗜甲烷菌占领了底盘。尽管它们已经不再活跃了,只是七八月份繁盛时期的残余。

Hazen补充道,嗜甲烷菌“能够降解300种其它化合物”,也许在清理墨西哥湾的过程中也起到了分解甲烷之外的作用。他研究了改变这种细菌“口味”的方法。1995年,Hazen获得了一项专利,内容是在被污染的地下水中添加甲烷,从而促进那些能够分解其它污染物的细菌生长。全世界许多公司现在已经在用这种方法,用甲烷大餐引诱细菌清洁工到来。

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博主介绍: Ed Yong,著名科学作者。他白天在英国癌症研究中心上班,晚上回家写他自己的科普博客Not Exactly Rocket Science。他的文章被众多知名刊物采用,包括New Scientist, Nature, the Economist, the Guardian, the Daily Telegraph以及SEED等。

The End

发布于2011-01-11, 本文版权属于凤凰网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系凤凰

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Ashie

生态学硕士生

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