日本发现将煤直接变成甲烷的细菌

2016-10-190阅读0

  日本产业技术综合研究所(产综研)2016年10月14日宣布,在地下深层发现了利用煤炭中的甲氧基芳香族化合物直接生成甲烷(CH4)的甲烷生成菌。据发布资料介绍,这种甲烷生成菌有可能对形成广泛分布于煤层中的煤层气发挥了重要作用。

  

煤层的煤层气和将煤变成甲烷的甲烷生成菌的示意图

  (该图来源于产综研的发布资料)

  近年来,世界各国都将煤层气作为煤层中的非传统型天然气资源进行积极开发。关于煤层气的形成,虽然煤层中生存的微生物的活动是其成因之一,但其生成甲烷的详细机理尚不明确。

  

已知甲烷生成途径(上半部分)与此次发现的利用甲氧基芳香族化合物生成甲烷的途径(下半部分中的红框)

  (该图来源于产综研的发布资料)

  此次研究发现,从地下深处获得的甲烷生成菌Methermicoccus shengliensis AmaM株(AmaM株)与其近亲株Methermicoccus shengliensis ZC-1株(ZC-1株)可以利用煤炭中的甲氧基芳香族化合物直接生成甲烷。AmaM株至少可以使用35种甲氧基芳香族化合物,ZC-1株至少可以使用34种甲氧基芳香族化合物。

  

从各种煤炭中检测出来的甲氧基芳香族化合物以及利用这些化合物生成甲烷的甲烷生成菌“AmaM株”

  (该图来源于产综研的发布资料)

  尽管人们以前已经发现了150多种甲烷生成菌,但可以使用已知甲烷生成菌的基质(诱饵)只限于单纯的化合物,包括(1)氢气和二氧化碳、(2)醋酸、(3)甲醇等甲基化合物。而且,传统的甲烷生成途径(代谢途径)也与基质的种类相对应,只限于(1)二氧化碳还原路径、(2)醋酸分解路径、(3)甲基化合物分解路径三种。

  据产综研介绍,此次发现的AmaM株及ZC-1株可以利用甲氧基芳香族化合物等碳数较多的化合物直接生成甲烷。而且,甲烷生成途径方面,虽然目前尚处于研究阶段,但有望成为将(1)二氧化碳还原途径和(2)醋酸分解途径混合起来同时进行的第4种甲烷生成途径。

  而且,产综研在含有各种煤炭的煤炭培养基上培养了AmaM株,结果发现,AmaM株在含有褐煤、次烟煤、烟煤的培养基上生成了甲烷。从这些培养基中检测出了数种甲氧基芳香族化合物,尤其在煤炭化程度低、检测出甲氧基芳香族化合物较多的褐煤中,生成甲烷的特性十分显著。

  这一结果意味着,AmaM株等甲烷生成菌很可能可以将煤炭中的甲氧基芳香族化合物直接转变成甲烷,为形成来源于微生物的煤层气作出了重要贡献。而且,沉积有机质中数量最多的干酪根(Kerogen)中也含有甲氧基芳香族化合物,因此甲烷生成菌有可能为煤层及地下天然气资源的形成作出了贡献。

  产综研今后将查明甲烷生成途径的详情,同时对利用甲氧基芳香族化合物的甲烷生成菌在地层中的分布,以及这种菌在天然气资源形成过程中发挥的实质性潜力进行评估。此次的部分研究是在日本学术振兴会的科学研究补贴的资助下实施的。研究成果的详情已刊登在美国《科学》(Science)杂志的2016年10月14日号上。(特约撰稿人:工藤 宗介)

  (全文完)