地球上的生命是以碳為基礎(chǔ)的。在進(jìn)化過(guò)程中，生物體已經(jīng)學(xué)會(huì)了形成和處理大量不同的碳化合物。碳是大多數(shù)生物生產(chǎn)的有機(jī)化合物(如蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪和 DNA)的基石。除了碳之外，所有這些化合物都包含許多其他元素，包括氫、氮和氧。
當(dāng)高溫和高壓條件排出所有其他元素(例如氫和氮)時(shí)，元素碳由地球中的有機(jī)碳化合物形成，沒(méi)有生物影響。例如，地下深處的木材在高溫下首先變成煤，然后隨著壓力和溫度的升高，形成碳含量非常高的形式，如無(wú)煙煤和石墨。這些是碳的結(jié)晶形式。當(dāng)木材、天然氣或石油燃燒時(shí)，會(huì)形成主要由無(wú)定形碳組成的煙灰。以前不知道活生物體本身也可以產(chǎn)生元素碳。
15 年來(lái)，不來(lái)梅科學(xué)家岡特·韋格納博士一直在培養(yǎng)微生物，這些微生物在沒(méi)有氧氣的情況下消耗甲烷來(lái)產(chǎn)生它們所需的能量。這些是與細(xì)菌伙伴共生的古細(xì)菌。任何一方都無(wú)法從這個(gè)過(guò)程中獲得太多能量，因此聯(lián)盟以幾個(gè)月的倍增時(shí)間增長(zhǎng)，這對(duì)微生物來(lái)說(shuō)是很長(zhǎng)的時(shí)間。研究人員前段時(shí)間注意到微生物聚生體異常黑暗，幾乎是黑色的。在早期，這種黑色物質(zhì)的一部分已經(jīng)被描述為金屬硫化物。它們是由添加到培養(yǎng)基中的鐵和伙伴細(xì)菌產(chǎn)生的硫化物形成的。
Wegener 的同事，來(lái)自弗吉尼亞理工大學(xué)(美國(guó))的 Kylie Allen 博士和 Robert White 教授一直在尋找新的生物分子及其功能。作為他們努力的一部分，他們使用有機(jī)溶劑從 Gunter Wegener 實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)本中提取了甲烷氧化培養(yǎng)物。殘留的黑色物質(zhì)無(wú)法被強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶解。“起初我們不知道這個(gè)黑色物質(zhì)是什么，”羅伯特·懷特解釋說(shuō)。“然后我們使用其他方法將材料作為固相進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)它幾乎是純碳。它以高度無(wú)序的形式存在，稱(chēng)為無(wú)定形碳。”這種元素碳從何而來(lái)?該團(tuán)隊(duì)排除了純化學(xué)來(lái)源的可能性。然后他們用同位素標(biāo)記的碳喂養(yǎng)培養(yǎng)物，可在分解過(guò)程中進(jìn)行跟蹤，并分析形成的碳。Gunter Wegener 說(shuō)：“因此，我們能夠證明甲烷氧化古菌確實(shí)是元素碳形成的原因。”
接下來(lái)，研究人員調(diào)查了與甲烷氧化劑密切相關(guān)的甲烷形成古菌或產(chǎn)甲烷古菌。“雖然程度不同，但其中許多組也產(chǎn)生了元素碳，”羅伯特·懷特說(shuō)。
然而，這項(xiàng)研究現(xiàn)在產(chǎn)生的問(wèn)題多于答案。例如，這種碳是如何形成的?元素碳的形成通常需要高壓和高溫。兩者都不存在于文化中。“這種由生物體形成的元素碳對(duì)科學(xué)來(lái)說(shuō)是全新的。該研究的主要作者凱莉·艾倫 (Kylie Allen) 解釋說(shuō)，古細(xì)菌中肯定有一些以前完全未知的反應(yīng)。“我們?nèi)匀煌耆恢肋@里有什么生化反應(yīng)和酶在起作用。”
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