微生物又立功了！古细菌无需高温高压即可形成新型纯碳

地球上的生命是以碳为基础的。在进化过程中，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的有机化合物（如蛋白质、碳水化合物、脂肪和 DNA）的基石。除了碳之外，所有这些化合物都包含许多其他元素，包括氢、氮和氧。

当高温和高压条件排出所有其他元素（例如氢和氮）时，元素碳由地球中的有机碳化合物形成，没有生物影响。例如，地下深处的木材在高温下首先变成煤，然后随着压力和温度的升高，形成碳含量非常高的形式，如无烟煤和石墨。这些是碳的结晶形式。当木材、天然气或石油燃烧时，会形成主要由无定形碳组成的烟灰。以前不知道活生物体本身也可以产生元素碳。

15 年来，不来梅科学家冈特·韦格纳博士一直在培养微生物，这些微生物在没有氧气的情况下消耗甲烷来产生它们所需的能量。这些是与细菌伙伴共生的古细菌。任何一方都无法从这个过程中获得太多能量，因此联盟以几个月的倍增时间增长，这对微生物来说是很长的时间。研究人员前段时间注意到微生物聚生体异常黑暗，几乎是黑色的。在早期，这种黑色物质的一部分已经被描述为金属硫化物。它们是由添加到培养基中的铁和伙伴细菌产生的硫化物形成的。

Wegener 的同事，来自弗吉尼亚理工大学（美国）的 Kylie Allen 博士和 Robert White 教授一直在寻找新的生物分子及其功能。作为他们努力的一部分，他们使用有机溶剂从 Gunter Wegener 实验室的标本中提取了甲烷氧化培养物。残留的黑色物质无法被强酸或强碱溶解。“起初我们不知道这个黑色物质是什么，”罗伯特·怀特解释说。“然后我们使用其他方法将材料作为固相进行分析，发现它几乎是纯碳。它以高度无序的形式存在，称为无定形碳。” 这种元素碳从何而来？该团队排除了纯化学来源的可能性。然后他们用同位素标记的碳喂养培养物，可在分解过程中进行跟踪，并分析形成的碳。“因此，我们能够证明氧化甲烷的古细菌确实对元素碳的形成负责，”Gunter Wegener 说。

接下来，研究人员调查了与甲烷氧化剂密切相关的甲烷形成古菌或产甲烷古菌。“虽然程度不同，但其中许多组也产生了元素碳，”罗伯特·怀特说。

然而，这项研究现在产生的问题多于答案。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。两者都不存在于文化中。“这种由生物体形成的元素碳对科学来说是全新的。古细菌中肯定有一些以前完全未知的反应，”该研究的主要作者凯莉艾伦解释说。“我们仍然完全不知道这里有什么生化反应和酶在起作用。”

“为什么”的问题也尚未得到解释。“元素碳是一种良好的电导体。碳可能是古菌与其伙伴共生的关键，”冈特·韦格纳推测。电荷可以通过碳基化合物进行最佳传输。自然界中微生物形成了多少元素碳也是完全未知的。“因为碳沉积在沉积物中并在很长一段时间内保持在那里，我们的结果也可能意味着迄今为止未知的天然碳 下沉。”该团队现在将开始解决悬而未决的问题，部分是在位于 MARUM 的卓越集群“海底 - 地球的未知界面”的框架内。