科學家發現 細菌產生溫室氣體 比先前認知多

加州理工學院（Caltech）科學家近期研究發現，更多細菌會產生溫室氣體，而且比以前認知的要多。這項研究成果最近發表在「美國國家科學院院刊」上。

研究人員發現了一類新型酶，可以使許多細菌在低氧條件下能「呼吸」硝酸鹽。雖然對於細菌的生存這是一個進化上的優勢，但這一過程會產生溫室氣體一氧化二氮（N2O）作為副產品。而一氧化二氮是繼二氧化碳和甲烷之後的第三大強效溫室氣體。

然而，與二氧化碳不同的是，一氧化二氮在大氣中的存留時間較短，這意謂著任何減少排放的干預措施都能立即帶來好處。比如，過度使用農作物肥料會為土壤細菌提供大量硝酸鹽，細菌會將其轉換為一氧化二氮，所以審慎施用肥料既可以減少溫室氣體排放，還能為農民節省成本。

這項研究的高級研究員、地質生物學教授費舍爾（Woody Ficher）表示，一氧化二氮是一種比二氧化碳更難監測的溫室氣體，但通過這項研究，現在知道產生一氧化二氮的源頭比先前所知道的要多。了解這種氣體在何時何地釋放到大氣中，可以幫助我們做出更明智的決定。在不久的將來，農民可以獲得關於所擁有土地土壤中微生物群落的信息，從而能夠根據這些信息作出何時、如何使用肥料的明智決定。

據Caltech提供資訊，科學家們對地球上各種環境中的數萬種不同微生物物種的基因序列進行了研究。生物圈中的大多數細胞（cells）利用稱為還原酶的某些蛋白質來呼吸氧氣，但研究團隊發現了一大類還原酶，特點是演化出密切相關的蛋白質來呼吸一氧化氮，並在過程中產生一氧化二氮。一氧化氮和一氧化二氮是在反硝化過程中產生的中間化學物質，所謂反硝化是細菌分解硝酸鹽（化肥中的化學物質）的過程。當氧氣水平開始降至大氣水平的10%以下時，細菌能夠在許多不同環境中，比如濕地、高山土壤、湖泊等，從呼吸氧氣轉為呼吸一氧化氮。

費舍爾表示，「我們錯過了生物圈中許多產生一氧化二氮的區域，原因是這些蛋白質先前沒有被發現。現在，通過基因組序列信息，我們可以更準確地預測哪些環境中的哪些生物在產生一氧化二氮。實際數量遠超我們預期。」

地球生物學家們此前認為，像硝酸鹽這樣的厭氧途徑在進化上是早於呼吸氧氣的能力的，這可以追溯到我們早期的單細胞祖先。然而，根據費舍爾的說法，這項研究「改寫了規則」，表明使硝酸鹽呼吸成為可能的蛋白質，實際上是在20億年前從呼吸氧氣的蛋白質演化而來。