地球上的生命是以碳為基礎的，在進化的過程中，生物體已經(jīng)學會了形成和處理大量不同的碳化合物。碳是大多數(shù)生物生產(chǎn)有機化合物的基石，如蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪和DNA。所有這些化合物除了碳之外，還含有許多其他元素，包括氫、氮和氧。
元素碳是由地球上的有機碳化合物在沒有生物影響的情況下形成的，高溫和高壓的條件驅(qū)逐了所有其他元素，如氫和氮。
例如，地下深處的木材在高溫下首先成為煤，然后隨著壓力和溫度的增加，形成無煙煤和石墨等碳含量極高的形式，這些都是碳的結(jié)晶形式。當木材、天然氣或石油被燃燒時，會形成煙塵，主要由無定形的碳形式組成。以前人們不知道生物體本身也能產(chǎn)生元素碳。
15年以來，德國不來梅（Bremen）的科學家一直在培養(yǎng)那些在沒有氧氣的情況下，消耗甲烷以產(chǎn)生它們所需能量的微生物，這些是與細菌伙伴共生的古細菌。對于任何一個伙伴來說，從這一過程中都不能獲得太多的能量，因此，聯(lián)合體的生長，其翻倍時間為幾個月，這對微生物來說是非常長的時間。
研究人員曾注意到，這些微生物聯(lián)合體的顏色異常深，幾乎是黑色的。在早期階段，這種黑色物質(zhì)的一部分已經(jīng)被描述為金屬硫化物。這些是由被添加到培養(yǎng)基中的鐵和伙伴細菌產(chǎn)生的硫化物所形成。
研究人員一直在尋找新的生物分子及其功能。作為研究工作的一部分，他們使用有機溶劑從實驗室的標本中提取了甲烷氧化培養(yǎng)物，發(fā)現(xiàn)殘留的黑色物質(zhì)不能被強酸或強堿所溶解。
研究人員表示，起初并不知道這種黑色物質(zhì)是什么，然后用其他方法將該材料作為一個固相進行分析，發(fā)現(xiàn)它幾乎是純碳。它以一種高度無序的形式存在，被稱為無定形碳。
這種元素碳是從哪里來的？該小組排除了純化學來源的可能性。然后，用同位素標記的碳給培養(yǎng)物喂食，然后可以在分解過程中進行追蹤，并分析了形成的碳。研究人員表示，從分析中能夠證明，甲烷氧化古菌確實能形成元素碳。
接下來，研究人員調(diào)查了與甲烷氧化者密切相關的甲烷形成或產(chǎn)甲烷古菌。盡管程度不一樣，但這些群體中有許多也產(chǎn)生了元素碳。
研究中也發(fā)現(xiàn)了許多問題，例如，這種碳是如何形成的？元素碳的形成通常需要高壓和高溫，但這兩點在培養(yǎng)物中都不存在。
研究人員認為，這種由生物體形成的元素碳對科學界來說是全新的，古細菌中一定有以前完全未知的反應在進行。在自然界中，有多少元素碳是由微生物形成的，這也是未知的。
題為Biogenic formation of amorphous carbon by anaerobic methanotrophs and select methanogens的相關研究論文發(fā)表在《科學進展》(Science Advances)上。
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