重磅,发现将煤炭释放的有机化合物直接转化为甲烷的产甲烷菌(有关沼气的问题？)

重磅,发现将煤炭释放的有机化合物直接转化为甲烷的产甲烷菌

在一项新的研究中，来自日本国家高级产业科学技术研究院的研究人员发现存在一种能够将煤炭释放的有机化合物直接转化为甲烷的细菌。他们描述了他们开展的实验和他们发现的这种细菌。针对这项研究，荷兰内梅亨大学的welte发表论文，解释了这项研究及其影响。

长期以来，科学家们已知地下煤层能够产生甲烷---它经常被用作天然气。但是煤炭如何被转化为甲烷一直是个谜。很多人猜测甲基化合物参与降解煤炭释放物---甲氧基化芳香化合物（macs）的混合物，而细菌能够将macs转化为甲烷。人们也认为细菌不能够直接消化macs，这是因为被称作产甲烷菌的细菌通常利用小分子碳化合物产生甲烷。但是在这项新的研究中，研究人员推翻了这种理论；他们发现一种产甲烷菌的两种菌株能够将macs直接转化为甲烷。

为了发现这两种菌株（zc-1和amam），研究人员将几种潜在的菌株在40种已知的macs中进行培养，结果发现这两种菌株能够在不需来自任何其他的甲基化合物的帮助下产生甲烷。他们发现作为这个过程的一部分，这两种菌株也摄取空气中的二氧化碳。

这些发现提示着煤层，包括废弃矿山中的那些煤层，可能有朝一日作为甲烷的一种主要来源发挥作用。不过，welte解释道，还需开展更多的研究来发现是否存在其他的产甲烷菌也能够直接进行这种转化和这些能够直接转化macs的产甲烷菌是否广泛地存在于煤层中。

有关沼气的问题？

沼气及其产生过程?

沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作 用，产生的一种可燃气体。由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以人们叫 它沼气。沼气含有多种气体，主要成分是甲烷(CH4)。沼气细菌分解有机物，产生沼气的 过程，叫沼气发酵。根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。第一类细菌叫做分解菌，它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳(CO2)等 。它们当中有专门分解纤维素的，叫纤维分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有 专门分解脂肪的，叫脂肪分解菌；第二类细菌叫含甲烷细菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把 简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。因此，有机物变成沼气的过程，就好比工厂 里生产一种产品的两道工序：首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半 成品——结构简单的化合物；再就是在甲烷细菌的作用下，将简单的化合物加工成产品—— 即生成甲烷。?

沼气的成分?

沼气是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氢(H2S)、氮 及其他 一些成分。沼气的组成中，可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重烃等气体；不可燃成 分 包括二氧化碳、氮和氨等气体。在沼气成分中甲烷含量为55%～70%、二氧化碳含量为28%～44%、硫化氢平均含量为0.034%。

沼气的理化性质?

沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，它的主要成分甲烷在常温下是一种无色、无味 、无臭 、无毒的气体。甲烷分子式是CH4，是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单碳氢化合物 。甲烷对空气的重量比是0.54，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在20℃、0.1千帕时，100单位体积的水，只能溶解3个单位体积的甲烷。?

甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达1?400? ℃左右。纯甲烷每立方米发热量为36.8千焦。沼气每立方米的发热量约23.4千焦，相当于 0.55千克柴油或0.8千克煤炭充分燃烧后放出的热量。从热效率分析，每立方米沼气所能 利用的热量，相当于燃烧3.03千克煤所能利用的热量。

土壤分子微生态学为啥要研究古菌呢？

如同我们学习历史一样，是为了更好地了解、认清事物发展的内在规律，更好地应对当前和未来的挑战！

自然科学的专业研究亦是如此，首先说古菌的研究具有重要意义。古细菌包括3类不同的细菌：产甲烷细菌、极端嗜盐细菌和嗜酸嗜热细菌。它们生存在极端特殊的生态环境中，具有独特的16S核糖体RNA寡核苷酸谱。而且，它们在分子水平上与真核生物和真细菌都有不同之处或只与其中之一相同。例如，极端嗜盐细菌能行光合作用，但其光合作用色素并非叶绿素类的分子，而是与动物视网膜上的视紫红质相似的视紫红质。
原来以为有细胞形态的生物只有原核细胞和真核细胞两大类。自从发现古细菌以后，才将生物分为上述3大类，这就为探索生命起源和真核细胞起源提供了新的线索。
极端嗜热菌（themophiles）：能生长在90℃以上的高温环境。如斯坦福大学科学家发现的古细菌，最适生长温度为100℃，80℃以下即失活，德国的斯梯特（K. Stetter）研究组在意大利海底发现的一族古细菌，能生活在110℃以上高温中，最适生长温度为98℃，降至84℃即停止生长；美国的J. A. Baross发现一些从火山口中分离出的细菌可以生活在250℃的环境中。嗜热菌的营养范围很广，多为异养菌，其中许多能将硫氧化以取得能量。
极端嗜盐菌（extremehalophiles）：生活在高盐度环境中，盐度可达25%，如死海和盐湖中。
极端嗜酸菌（acidophiles）：能生活在pH值1以下的环境中，往往也是嗜高温菌，生活在火山地区的酸性热水中，能氧化硫，硫酸作为代谢产物排出体外。
极端嗜碱菌（alkaliphiles）：多数生活在盐碱湖或碱湖、碱池中，生活环境pH值可达11.5以上，最适pH值8～10。
产甲烷菌（metnanogens）：是严格厌氧的生物，能利用CO2使H2氧化，生成甲烷，同时释放能量。
CO2＋4H2→CH4＋2H2O＋能量
由于古细菌所栖息的环境和地球发生的早期有相似之处，如：高温、缺氧，而且由于古细菌在结构和代谢上的特殊性，它们可能代表最古老的细菌。它们保持了古老的形态，很早就和其它细菌分手了。所以人们提出将古细菌从原核生物中分出，成为与原核生物（即真细菌eubacteria）、真核生物并列的一类。

土壤分子微生态学研究古菌，一方面可以了解古菌在土壤早期形成所起的生化作用，更重要的是可以提高分子微生态学的水平，研究开发适用于当前生产、治污等方面的生物技术。
补充回答：
举例来说，古菌一些奇特的生活习性和与此相关的潜在生物技术具有重要意义和开发前景。

古菌常被发现生活于各种极端自然环境下，如大洋底部的高压热溢口、热泉、盐碱湖等。事实上，在我们这个星球上，古菌代表着生命的极限，确定了生物圈的范围。

产甲烷古菌能够利用简单基质产甲烷。它们处于厌氧发酵过程中最后一个环节，在自然界碳素循环中扮演重要角色。研究产甲烷古菌，对生物质能的利用有重要的应用价值。产甲烷菌能利用CO2使H2氧化，生成甲烷，同时释放能量。产甲烷古菌可将无机或有机化合物厌氧转化成甲烷和二氧化碳，在沼气发酵、有机废弃物处理和全球大气中的甲烷释放等过程中起着重要作用。目前已有19种产甲烷古菌的基因组完成了测序,其基因组学和蛋白质组学研究以及未培养产甲烷古菌的多样性研究正蓬勃开展。已知的甲烷生物合成途径分别以乙酸、氢/二氧化碳、甲基化合物为底物,通过不同途径,最后在甲基辅酶M还原酶的催化下释放出甲烷。产甲烷古菌的资源多样性和组学水平的代谢调控机制研究将为持续开发可再生能源、开展环境监测和治理提供坚实的理论基础。
继续追问：
实验主要是研究下施肥状况对细菌种群的影响，应该涉及到氮循环（氨氧化细菌等）、硫循环（硫细菌），古菌的话不是很理解，在土壤中古菌会在土层20-40处吗？还是更为厌氧的环境条件
补充回答：
不一定，近年来，利用分子生物学方法发现，古菌广泛分布于各种自然环境中，土壤、海水、沼泽地中均生活着古菌。实验室也可培养（主要包括三大类：产甲烷菌、极端嗜热菌和极端嗜盐菌）。其中自然界中，产甲烷菌生活于富含有机质且严格无氧的环境中，如沼泽地、水稻田、反刍动物的反刍胃等；极端嗜盐菌生活于盐湖、盐田及盐腌制品表面，它能够在盐饱和环境中生长；极端嗜热菌通常分布于含硫或硫化物的陆相或水相地质热点，如含硫的热泉、泥潭、海底热溢口等。

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