本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
正如細菌和真菌正在有條不紊地分解數百萬加侖洩漏到墨西哥灣的石油一樣,微生物也可能幫助我們解決另一個人類活動造成的失控排放——二氧化碳。
一種名為Clostridium ljungdahlii的厭氧細菌可以發酵從糖類到二氧化碳和氫氣的簡單混合物——甚至是一氧化碳和氫氣(也稱為合成氣)的所有物質。當然,當這些細菌遠離其雞場糞便的家園環境時,讓它們遠離氧氣(氧氣可能對它們有毒)是一個挑戰,但工業生物反應器可能是一種解決方案。
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因此,德國微生物學家已經著手對其基因組進行了測序——總共 460 萬個鹼基對(大約是人類基因組的 1/1000 或比 J. Craig Venter 研究所的科學家建立的合成基因組大四倍多)。事實證明,C. ljungdahlii 有一種獨特的食用這種簡單碳氫化合物混合物的方式——它涉及還原鐵硫蛋白——並將其轉化為乙醇以供生長。這種獨特的方法可能使引入外源基因變得更容易,這些基因可以調整 CO2 轉化細胞生產機制,以製造所需的最終產品。例如,德國科學家展示瞭如何插入基因使 C. ljungdahlii 製造丁醇而不是乙醇。
“C. ljungdahlii 從 CO 和 CO2 合成的能力不僅限於生物燃料,還可以擴充套件到幾乎每種存在或將要構建生物途徑的化合物,”研究人員在6 月 28 日的《美國國家科學院院刊》中寫道,他們在該刊物上揭示了基因組。“這種獨特的技術方法將減少對原油的依賴,滿足工業需求,並透過這樣做,可能有助於減少大氣溫室效應。”
事實上,這可能會產生實際上消耗的二氧化碳比它們釋放回大氣中的二氧化碳更多(只要氫不是透過裂解天然氣或類似的二氧化碳密集型方法產生的)的燃料。當然,這些努力不僅限於一個科學團隊,甚至不僅限於一種細菌。候選名單很長:Acetobacterium woodii、Desulfobacterium autotrophicum、Methanosarcina barkeri、Moorella thermoacetica,或者目前為 LS9 公司生產柴油的經過調整的Eschericia coli。事實上,追求微生物學方法實現碳中和燃料和化學品生產的公司名單也幾乎同樣長:Coskata、INEOS Bio、LanzaTech、Qteros 等。
無論人類的篡改對它們做了什麼,由於當前人類燃燒化石燃料的習慣,隨著溫室氣體濃度不可阻擋地上升,這些二氧化碳吞噬者很可能在未來幾年找到有利的條件。
當然,還有另一組微生物也能很好地處理二氧化碳——藻類(和其他微小的植物)。公司、科學家甚至政府機構也在追求這條途徑(從 Solazyme 到 DARPA),大自然也是如此。最終,單細胞植物的大量繁殖可能會將地球恢復到某種程度的當前氣候。畢竟,這就是為什麼我們享有一個擁有舒適含氧量的大氣層的原因:21%。不幸的是,在災難性的氣候變化之後,恢復到當前的氣候(這對於人類文明的出現來說是最佳的)可能至少需要強大的微生物數百萬年的時間。
人類可能已經開始了這場氣候變化,但完成它的將是藻類,就像所有其他變化一樣。的確,溫順的——微小的微生物——將以某種方式繼承地球。