神奇甲烷海底有、凍土有，外星居然也有？

通過(guò)研究地球甲烷，可以為在太陽(yáng)系中尋找外星生命提供信息

土星和木星的衛(wèi)星上可能存在甲烷包合物，幸哉地球上也有它們。

人們?cè)诙砝諏０兜某练e物中發(fā)現(xiàn)了甲烷包合物。一艘德國(guó)科考船在海洋表面以下大約4000英尺的海底表層發(fā)現(xiàn)了這種水合物。

(圖源：Wusel007 via Wikimedia Commons)

在地球上，大量的甲烷被困在白色的籠狀化學(xué)結(jié)構(gòu)中。這些沉積物主要存在于極低凍土和海底，但關(guān)鍵在于，這些物質(zhì)不僅存在于地球。整個(gè)太陽(yáng)系，從行星及其衛(wèi)星到飛馳而過(guò)的彗星，都有類似的儲(chǔ)藏。盡管科學(xué)家們認(rèn)為這些沉積物最終會(huì)影響這些星球的海水和大氣的組成，但它們是否來(lái)自生物過(guò)程仍然是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題。許多專家長(zhǎng)期未解的是這些甲烷籠是如何在高壓海水條件下保持穩(wěn)定的。

現(xiàn)在，一組研究人員從俄勒岡州海岸的海底提取了一種甲烷沉積物，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種全新的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)似乎在穩(wěn)定沉積物的結(jié)構(gòu)中起著重要作用。

佐治亞理工學(xué)院地球與大氣科學(xué)學(xué)院教授、這項(xiàng)新研究的合著者詹妮弗·格拉斯在一份聲明中說(shuō)：“我們想了解這些地層是如何在海底保持穩(wěn)定的，以及究竟是什么機(jī)制促成了它們的穩(wěn)定。這是以前沒(méi)有人做過(guò)的事情。”

在地球上，當(dāng)海水中的微生物將浮游生物殘留物等有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷時(shí)，就會(huì)形成被稱為“甲烷包合物”的固體冰狀沉積物。隨著時(shí)間的推移，這些沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w并向上上升。在這個(gè)過(guò)程中，各種各樣的生物開(kāi)始以甲烷為食。最終，這種化學(xué)物質(zhì)被釋放到大氣中。但在像北極這樣的地區(qū)，水的變暖速度比地球上其他地方都快，大量的甲烷在生物群落消耗它們之前就從海水中逸出。

格拉斯此前在宇航局太空生物學(xué)計(jì)劃的支持下開(kāi)始這項(xiàng)研究時(shí)曾解說(shuō)道：“這些深層微生物攜帶的基因不同于在地球表面發(fā)現(xiàn)的任何基因，這個(gè)項(xiàng)目讓我們有機(jī)會(huì)揭開(kāi)微生物在極端條件下的生存策略，了解微生物對(duì)于在水合物沉積物中的甲烷生成的作用，并擴(kuò)大我們的研究能力?！?/p>

為了更好地理解甲烷包合物，這項(xiàng)新研究的研究人員鑒定了沉積物中存在的蛋白質(zhì)基因。這些蛋白質(zhì)在實(shí)驗(yàn)室中被重新合成以便于進(jìn)一步分析。為了測(cè)試這些蛋白質(zhì)，研究小組還在實(shí)驗(yàn)室里通過(guò)重現(xiàn)海底的高壓和低溫來(lái)制造甲烷包合物。根據(jù)這項(xiàng)新研究，一個(gè)模仿海底條件的獨(dú)特壓力室被從零開(kāi)始建造，該壓力室用于測(cè)量包合物在特定時(shí)間內(nèi)消耗了多少氣體，這有助于了解它形成的速度。

結(jié)果表明，一類稱為“細(xì)菌包合物結(jié)合蛋白”的蛋白質(zhì)通過(guò)直接與包合物的結(jié)構(gòu)相互作用來(lái)影響包合物的生長(zhǎng)?？茖W(xué)家們說(shuō)，具有防凍特性的蛋白質(zhì)，比如那些幫助魚類在較低溫度下生存的蛋白質(zhì)，穩(wěn)定了包合物的籠形結(jié)構(gòu)。

佐治亞大學(xué)的博士后研究員阿比蓋爾·約翰遜在實(shí)驗(yàn)室里為這項(xiàng)新研究制成了甲烷包合物，她在最近的一份聲明中說(shuō)：“非常幸運(yùn)試驗(yàn)成功了，因?yàn)楸M管我們是根據(jù)它們與抗凍蛋白的相似性來(lái)選擇這些蛋白質(zhì)的，但它們是完全不同的。它們?cè)谧匀唤缰芯哂蓄愃频墓δ?，但需要通過(guò)完全不同的生物系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。我認(rèn)為這真的讓人們感到興奮?！?/p>

在太陽(yáng)系的其他地方，先前的研究表明火星上的甲烷起源于熱液反應(yīng)。

在土星最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六上，科學(xué)家們認(rèn)為氣體起源于早期太陽(yáng)系的組成部分。土星的衛(wèi)星土衛(wèi)二和木星的木衛(wèi)二被認(rèn)為是目前尋找生命的最佳地點(diǎn)，也被認(rèn)為含有甲烷包合物。

這項(xiàng)新研究的發(fā)現(xiàn)表明，如果其他星球上存在微生物，它們可能會(huì)制造出類似的分子來(lái)制造和穩(wěn)定甲烷包合物，而甲烷包合物反過(guò)來(lái)會(huì)影響這些星球上海水和大氣的組成。

因此，為了找到外星生命，也許我們需要沿著甲烷包合物的軌跡。

這項(xiàng)研究發(fā)表在2023年8月的《PNAS Nexus》雜志上。

BY:Sharmila Kuthunur

FY:洲

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