Anaerobic oxidation of propane by thermophilic archaea from marine hydrothermal sediments
本研究鉴定了“候选”热合成古菌（*Candidatus* Syntrophoarchaeum caldarium），它是首个能够与硫酸盐还原细菌进行共营养作用，从而在厌氧条件下氧化丙烷的古菌，并阐明了该过程中涉及的具体酶促机制和代谢途径。
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在深邃的海底，在热水与冷岩石交汇的灼热黑暗沉积物中，生命找到了在无氧状态下呼吸的方式。在这些极端环境中，大量的天然气从地壳向上渗出。这种气体不仅仅是甲烷；它还含有大量的丙烷，这是一种三碳分子，也是我们居家使用的燃料的主要成分。几十年来，科学家们一直知道某些细菌可以在缺氧的情况下分解这种丙烷，利用海水中的硫酸盐来驱动这一过程。然而，拼图的关键一环一直缺失。虽然研究人员最近发现，被称为古菌的古代单细胞生物可以摄取乙烷和丁烷等其他小分子气体，但从未有人发现过能够消耗丙烷的古菌。这一空白使我们在理解碳如何在深层地球循环，以及有多少这种强效温室气体在到达大气层之前被自然移除方面，存在认知盲点。
一支研究团队现在填补了这一空白，鉴定出一种以丙烷为生的特定嗜热古菌。这项发现始于一种最初用于食用丁 butane 的微生物培养物，这些微生物采集自加利福尼亚湾瓜亚马斯盆地（Guaymas Basin）的一个热液喷口区。当科学家们将食物来源从丁 butane 切换为丙烷时，微生物群落发生了剧烈的变化。原本食用丁 butane 的优势细菌消失了。取而代之的是一种不同的、较不常见的古菌，它与一种伴生细菌一起生长成紧密的微观集群。研究人员将这种新培养物命名为 Propane50，它证明了这种特定的古菌不仅能在丙烷中生存，还能将其作为唯一的能量和碳源，驱动将硫酸盐转化为硫化物的化学反应。
处于这一过程核心的生物是一个候选物种，名为 Candidatus Syntrophoarchaeum caldarium。它并非孤军奋战，而是与一种名为 Candidatus Desulfofervidus auxilii 的硫酸盐还原细菌形成了共生伙伴关系。在这种安排中，古菌负责分解丙烷，但它无法处理分解过程中产生的多余电子。于是，它将这些电子直接传递给其细菌伙伴，后者利用这些电子将硫酸盐还原为硫化物。这种交换极其高效，以至于两种生物会聚集成致密的、肉眼可见的聚集体。研究人员证实，古菌是进行丙烷分解“重活”的主体，而细菌则充当了必要的电子汇，使反应得以持续进行。
为了了解这个微小生物究竟是如何摄取丙烷的，科学家们观察了细胞内部。他们发现，该古菌通过向丙烷分子附着一个特定的辅助分子来激活它，从而创建一个名为丙基辅酶 M（propyl-coenzyme M）的化合物。这一步骤是使丙烷变得易于进一步分解的关键第一步。研究人员鉴定出一种特定的酶复合物，并将其命名为 ACR1，它负责执行这种附着过程。有趣的是，该古菌的基因组包含四种不同版本的这种酶的指令，但在摄取丙烷时，只有一种——ACR1，会被大量产生。这表明 ACR1 是专门为此任务设计的工具，能够高效处理三碳结构的丙烷分子。
一旦丙烷被激活，古菌就会将其转化为可以被完全燃烧成二氧化碳的形式。这一路径涉及将丙烷衍生物转化为一种称为丙酰辅酶 A（propionyl-CoA）的分子，然后将其重新排列成乙酰辅酶 A（acetyl-CoA），后者是许多生命形式的核心燃料。最后，该生物利用一条广为人知的代谢途径——逆 Wood-Ljungdahl 途径，将这种燃料完全氧化，释放出能量和二氧化碳。整个过程是一个精密的、多步骤的流水线，使得生命能够在对大多数生物而言具有毒性的条件下茁壮成长。
这一发现改变了我们对地下碳循环的看法。它证明了古菌不仅限于摄取甲烷或像乙烷和丁烷这样的偶链烷烃；它们还可以处理像丙烷这样的奇链分子。这一发现表明，这些微观生物在清理天然气渗漏方面发挥着比此前认为的更大的作用。由于这些古菌分解丙烷的方式留下的化学特征与细菌的方式不同，科学家现在可以利用这些知识来更好地解读深层储层中气体的组成。这项工作揭示了深层地球中隐藏的一层生物活动，表明即使在最炎热、最缺氧的沉积物中，生命也进化出了专门的工具来消耗这些驱动我们现代世界的各种气体。
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