神奇！肉眼看不见的微生物竟能产生纯碳物质

地球上的生命是以碳为基础的，在进化的过程中，生物体已经学会了形成和处理大量不同的碳化合物。碳是大多数生物生产有机化合物的基石，如蛋白质、碳水化合物、脂肪和DNA。所有这些化合物除了碳之外，还含有许多其他元素，包括氢、氮和氧。

元素碳是由地球上的有机碳化合物在没有生物影响的情况下形成的，高温和高压的条件驱逐了所有其他元素，如氢和氮。

例如，地下深处的木材在高温下首先成为煤，然后随着压力和温度的增加，形成无烟煤和石墨等碳含量极高的形式，这些都是碳的结晶形式。当木材、天然气或石油被燃烧时，会形成烟尘，主要由无定形的碳形式组成。以前人们不知道生物体本身也能产生元素碳。

15年以来，德国不来梅（Bremen）的科学家一直在培养那些在没有氧气的情况下，消耗甲烷以产生它们所需能量的微生物，这些是与细菌伙伴共生的古细菌。对于任何一个伙伴来说，从这一过程中都不能获得太多的能量，因此，联合体的生长，其翻倍时间为几个月，这对微生物来说是非常长的时间。

研究人员曾注意到，这些微生物联合体的颜色异常深，几乎是黑色的。在早期阶段，这种黑色物质的一部分已经被描述为金属硫化物。这些是由被添加到培养基中的铁和伙伴细菌产生的硫化物所形成。

研究人员一直在寻找新的生物分子及其功能。作为研究工作的一部分，他们使用有机溶剂从实验室的标本中提取了甲烷氧化培养物，发现残留的黑色物质不能被强酸或强碱所溶解。

研究人员表示，起初并不知道这种黑色物质是什么，然后用其他方法将该材料作为一个固相进行分析，发现它几乎是纯碳。它以一种高度无序的形式存在，被称为无定形碳。 

这种元素碳是从哪里来的？该小组排除了纯化学来源的可能性。然后，用同位素标记的碳给培养物喂食，然后可以在分解过程中进行追踪，并分析了形成的碳。研究人员表示，从分析中能够证明，甲烷氧化古菌确实能形成元素碳。

接下来，研究人员调查了与甲烷氧化者密切相关的甲烷形成或产甲烷古菌。尽管程度不一样，但这些群体中有许多也产生了元素碳。

研究中也发现了许多问题，例如，这种碳是如何形成的？元素碳的形成通常需要高压和高温，但这两点在培养物中都不存在。

研究人员认为，这种由生物体形成的元素碳对科学界来说是全新的，古细菌中一定有以前完全未知的反应在进行。在自然界中，有多少元素碳是由微生物形成的，这也是未知的。

题为Biogenic formation of amorphous carbon by anaerobic methanotrophs and select methanogens的相关研究论文发表在《科学进展》(Science Advances)上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg9739