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眾所周知，石油是一種重要的能源物質和工業生產原料，是我國經濟發展不可或缺的重要資源。如何提高石油的采收效率并降低石油采收能耗，是我國實現“雙碳”目標的關鍵之一。然而，經過一個多世紀的開采，出現了大量的“老舊”油井，常規開采手段已經無法有效高效進行原油開采。

1999年，科學家在Science雜志上發表文章，證實在無氧的條件下，原油中的細菌和古菌合作，可以將復雜的石油化合物（主要是烷烴類化合物）轉化為甲烷。基于這一發現及后續研究，科學家提出了一種基于厭氧微生物的，廉價、清潔的微生物開采技術——“原油生物氣化”技術。期望通過微生物的作用，將深部油藏中難以開采的石油轉化為天然氣，實現殘余原油的再次開采。遺憾地是既往的研究表明，降解石油產甲烷的過程由細菌和古菌通過合作的方式完成，耗時久，且體系不穩定，難以實現工程化運用。

那么，是否存在一種微生物能夠實現從烷烴化合物到甲烷的轉化呢？幸運的是，伴隨微生物生態學技術的發展，微生物學家已經能夠在不分離微生物的情況下，獲得微生物的基因組，解析其可能驅動的生物地球化學循環過程。2019年，德國馬普海洋微生物研究所的科學家發現，一種新的古細菌CandidatusMethanoliparia可能具有獨立降解長鏈烷基烴產甲烷的能力，但是，相關研究僅停留在假設階段。

蘭州大學泛第三極環境中心生物地球化學循環團隊的劉鵬飛教授與農業農村部沼氣科學研究所承磊研究員團隊、深圳大學高等研究院李猛教授團隊、德國馬普海洋微生物研究所Gunter Wegener教授團隊深度合作，首次證實了古菌Ca.Methanoliparia具有獨立降解烷烴產甲烷的能力。

該研究通過生理培養實驗結合宏基因組學、宏轉錄組學和代謝組學，證實了該古菌可以獨立降解長鏈烷基烴產甲烷，并提出第五種古菌甲烷產生代謝途徑，即長鏈烷烴代謝產甲烷（圖2）。研究結果還揭示了產甲烷古菌在地球深部厭氧碳循環中的重要性存在被低估的可能性。與傳統的基于細菌和古菌合作的石油烴降解產甲烷系統相比，以單一古菌為主的石油烴降解體系石油烴降解速率更快，轉化周期遠小于已有報道，該研究為實現原油生物產甲烷提供了科學基礎。不僅如此，該研究也為其他極端厭氧環境的碳循環過程研究帶來了新啟示，例如，富含復雜有機質的冰下極端環境和多年凍土環境，是否存在類似的復雜有機質降解和甲烷產生過程，成為下一個值得探索的領域。

相關研究結果以“一種古菌以非互營方式實現烷基烴降解產甲烷（Non-syntrophic methanogenic hydrocarbon degradation by an archaeal species）為題，于2021年12月23日在線發表在Nature雜志（https://www.nature.com/articles/s41586-021-04235-2）。同期Nature雜志對這一工作以“一種能夠利用原油產甲烷的微生物（?A microbe that uses crude oil to make methane）”為題進行了專門報道（https://www.nature.com/articles/d41586-021-03729-3）。蘭州大學泛第三極環境中心生物地球化學循環團隊劉鵬飛教授為該文章的共同第一作者。