海洋中食用甲烷的微生物在调节地球温度方面发挥重要作用

地球上只有三个来源自然产生甲烷：火山、地下水与岩石的相互作用和微生物。在这三种来源中，大部分是由微生物产生的，它们已将数百亿吨的甲烷沉积到深海海底。在海底甲烷渗漏点，它向上渗入公海，而微生物群落在到达大气层之前消耗了大部分的甲烷。多年来，研究人员在海底发现了越来越多的甲烷，但只有很少的甲烷离开海洋，进入大气。其余的去了哪里？

由哈佛大学有机和进化生物学的前博士后研究员Jeffrey J. Marlow领导的一个研究小组发现了能够迅速消耗甲烷的微生物群落，防止其逃入地球的大气层。发表在《美国国家科学院院刊》上的这项研究收集并检查了来自七个地质不同的海底渗漏点的食用甲烷的微生物，并发现，最令人惊讶的是，特别是一个地点的碳酸盐岩石承载着甲烷氧化微生物群落，其甲烷消耗率是迄今为止测量的最高。

研究高级作者、哈佛大学有机和进化生物学教授Peter Girguis说：“这些碳酸盐岩石中的微生物就像一个甲烷生物过滤器，在甲烷离开海洋之前将其全部消耗掉。研究人员几十年来一直在研究生活在海底沉积物中的微生物，并知道这些微生物在消耗甲烷。然而，这项研究非常详细地检查了在碳酸盐岩石中生长的微生物。”

海底碳酸盐岩石很常见，但在选定的地点，它们形成了不寻常的烟囱状结构。这些“烟囱”的高度达到12至60英寸，沿着海底成群结队地出现，就像一排排的树木。与许多其他类型的岩石不同，这些碳酸盐岩石是多孔的，形成了通道，是非常密集的消耗甲烷的微生物群落的家。在某些情况下，这些微生物在岩石中的密度比在沉积物中的密度高得多。

在2015年由海洋探索信托基金资助的一次考察中，Girguis在南加州海岸的深海地点Point Dume发现了一个碳酸盐“烟囱”珊瑚礁。2017年，Girguis在美国宇航局的资助下返回，建立了一个海底观测站。在加入Girguis的实验室时，目前在波士顿大学担任生物学助理教授的Marlow正在研究碳酸盐中的微生物。两人决定进行社区研究，并从现场收集样本。

“我们测量了与沉积物中的微生物相比，碳酸盐中的微生物吃掉甲烷的速度，”Girguis说。“我们发现生活在碳酸盐中的微生物消耗甲烷的速度比沉积物中的微生物快50倍。我们经常看到一些来自富含甲烷的泥火山的沉积物微生物，例如，在食用甲烷方面可能快5到10倍，但是快50倍是一个全新的东西。此外，这些速率是我们在任何地方测量到的最高的。”

Marlow说：“这些甲烷氧化或消耗的速度真的很不寻常，我们着手了解原因。”

研究小组发现，碳酸盐“烟囱”为微生物提供了一个理想的家园，使它们能够快速地吃掉大量的甲烷。Marlow说：“这些‘烟囱’的存在是因为从地下流出的液体中的一些甲烷被微生物转化为碳酸氢盐，然后可以作为碳酸盐岩从海水中沉淀出来。我们仍在试图弄清楚这些液体–以及它的甲烷–来自哪里。”

由于碳酸盐的多孔性，其内部的微环境可能比沉积物含有更多的甲烷。碳酸盐有通道，不断用新鲜甲烷和其他营养物质灌溉微生物，使它们能够更快地消耗甲烷。在沉积物中，甲烷的供应往往是有限的，因为它通过矿物颗粒之间较小的、蜿蜒的通道扩散。