药明康德内容团队编辑作为结构最简单的有机物|新陈代谢过程中的甲烷产生药明康德内容团队编辑

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作为结构最简单的有机物，甲烷也是一种强效温室气体——其温室效应是二氧化碳的20多倍。而在向大气释放的甲烷中，有70%都是生物来源。科学家早已揭示了这些甲烷的来源：一类古菌可以在缺氧环境中，在酶的参与下利用二氧化碳、氢气等简单反应物产生甲烷。
进入21世纪后，人们逐渐意识到，生物成因的甲烷形成过程远比这个故事复杂。能产生甲烷的不止是那些产甲烷古菌，反应条件也不限于缺氧环境。从藻类、蓝细菌到多细胞的真菌、植物，越来越多的证据表明，多种需氧生物都能产生甲烷。但这些生物究竟是如何产甲烷的，却始终是个未知数。
在本周《自然》杂志的一项最新研究中，由德国海德堡大学领导的团队提出了一个颠覆性的观点：包括人类在内，所有生物都是甲烷的生产者。这个结论不仅让我们重新认识甲烷在生命过程中的作用，还将为多个领域带来全新见解。

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早在8年前，这支团队就在一篇《自然·通讯》论文中，描述了一个通过非生物途径三步生成甲烷的过程。简单地说，这个反应不需要酶参与，且主要原料只有3类：活性氧簇（ROS）、自由铁以及合适的甲基供体。
整个反应过程也不复杂：首先， ROS（该反应使用的是过氧化氢）和二价铁离子反应，产生高度还原的羟基自由基（·OH）；随后，羟基自由基与甲基供体反应，形成甲基自由基（·CH3）；最后，甲基自由基和氢自由基（·H）结合，产生甲烷分子。
在实验室中揭示了这个甲烷生成过程之后，研究团队产生了一个大胆而有趣的想法。在生命体内中，这些原料并不罕见（例如，细胞中也在持续产生、释放包括过氧化氢在内的ROS ，而自由铁和甲基供体也是常见的代谢产物），并且细胞环境也与上述实验室反应条件相近。那么，这个产甲烷的过程同样可以在生物体内发生吗？

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▲这个无需酶参与而产生甲烷的反应，在细胞内的流程示意（图片来源：参考资料[2]）
在最新研究中，研究团队首先利用枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）来检验这个猜想。这种细菌的生命周期包含了两种状态：休眠期和生殖生长期，因此可以用作对照，研究新陈代谢过程能否生成甲烷。
实验结果十分清晰：在含有甲基供体二甲基亚砜（DMSO）的培养基中，不需要任何酶的参与，处于生殖生长期、代谢旺盛的枯草芽孢杆菌能持续生成甲烷，而休眠期的细菌则不会生产甲烷。
随后的控制变量实验显示，这些细菌可获取的甲基供体、自由体的含量，对于最终的甲烷产量也起到了明显的调控作用。尤其值得注意的是，除了更强的新陈代谢，出现氧化应激时，即ROS过剩导致细胞无法维持氧化还原平衡，细菌的甲烷产量也随之上涨。
进一步的实验证实，能通过这个过程产生甲烷的不仅有枯草芽孢杆菌。从之前被认为不产甲烷的其他古菌，到酵母、黏菌等真菌；从代表植物界的葡萄，再到人源的细胞系（人胚肾细胞），都能在DMSO的培养基中生成甲烷，并且在氧化应激条件下甲烷产量更高。因此研究认为，或许所有进行新陈代谢的生命体，都能通过这个普适的过程，在细胞内持续产生甲烷。

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▲在实验室中，不同生物细胞产生甲烷的浓度（图片来源：参考资料[1]）