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眾所周知，石油是一種重要的能源物質(zhì)和工業(yè)生產(chǎn)原料，是我國經(jīng)濟發(fā)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(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵之一。然而，經(jīng)過一個多世紀(jì)的開采，出現(xiàn)了大量的“老舊”油井，常規(guī)開采手段已經(jīng)無法有效高效進行原油開采。

1999年，科學(xué)家在Science雜志上發(fā)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(fù)雜的石油化合物（主要是烷烴類化合物）轉(zhuǎn)化為甲烷。基于這一發(fā)現(xiàn)及后續(xù)研究，科學(xué)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(shù)——“原油生物氣化”技術(shù)。期望通過微生物的作用，將深部油藏中難以開采的石油轉(zhuǎn)化為天然氣，實現(xiàn)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(chǎn)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(wěn)定，難以實現(xiàn)工程化運用。

那么，是否存在一種微生物能夠?qū)崿F(xiàn)從烷烴化合物到甲烷的轉(zhuǎn)化呢？幸運的是，伴隨微生物生態(tài)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微生物學(xué)家已經(jīng)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(qū)動的生物地球化學(xué)循環(huán)過程。2019年，德國馬普海洋微生物研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種新的古細菌CandidatusMethanoliparia可能具有獨立降解長鏈烷基烴產(chǎn)甲烷的能力，但是，相關(guān)研究僅停留在假設(shè)階段。

蘭州大學(xué)泛第三極環(huán)境中心生物地球化學(xué)循環(huán)團隊的劉鵬飛教授與農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所承磊研究員團隊、深圳大學(xué)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(chǎn)甲烷的能力。

該研究通過生理培養(yǎng)實驗結(jié)合宏基因組學(xué)、宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)，證實了該古菌可以獨立降解長鏈烷基烴產(chǎn)甲烷，并提出第五種古菌甲烷產(chǎn)生代謝途徑，即長鏈烷烴代謝產(chǎn)甲烷（圖2）。研究結(jié)果還揭示了產(chǎn)甲烷古菌在地球深部厭氧碳循環(huán)中的重要性存在被低估的可能性。與傳統(tǒng)的基于細菌和古菌合作的石油烴降解產(chǎn)甲烷系統(tǒng)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(zhuǎn)化周期遠小于已有報道，該研究為實現(xiàn)原油生物產(chǎn)甲烷提供了科學(xué)基礎(chǔ)。不僅如此，該研究也為其他極端厭氧環(huán)境的碳循環(huán)過程研究帶來了新啟示，例如，富含復(fù)雜有機質(zhì)的冰下極端環(huán)境和多年凍土環(huán)境，是否存在類似的復(fù)雜有機質(zhì)降解和甲烷產(chǎn)生過程，成為下一個值得探索的領(lǐng)域。

相關(guān)研究結(jié)果以“一種古菌以非互營方式實現(xiàn)烷基烴降解產(chǎn)甲烷（Non-syntrophic methanogenic hydrocarbon degradation by an archaeal species）為題，于2021年12月23日在線發(fā)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(chǎn)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(xué)泛第三極環(huán)境中心生物地球化學(xué)循環(huán)團隊劉鵬飛教授為該文章的共同第一作者。