碳酸盐溶解微生物可能是可持续生物能源的关键

内布拉斯加大学林肯分校的一个研究小组确定了全球碳循环中新的微观参与者，这一发现更清晰地描绘了碳在环境中的流动情况，并为生物能源的可持续发展提供了关键信息

该团队最近在《通信地球与环境》杂志上发表的研究是首批表明产甲烷菌——在湖泊、湿地、含水层、淡水栖息地、各种土壤甚至永久冻土等低氧环境中无处不在的微生物——可以通过消耗氢和溶解地球上最丰富的矿物质之一碳酸钙来推动其生长的研究之一。这种代谢过程产生甲烷，甲烷既是生物燃料，也是强效温室气体

“这是微生物在较高pH值下溶解碳酸钙的首批证明之一，”生物科学和地球与大气科学教授Karrie Weber说

韦伯和生物科学讲师、前研究生妮可·菲奥雷领导了该团队。这篇论文总结了该大学十多年的工作，包括许多研究生和本科生以及博士后研究人员的贡献

通过精确定位溶解碳酸盐的微生物，该团队挑战了普遍认为碳酸盐矿物（约占地球碳的80%）在pH值升高时是稳定的这一观点。这种潜在的不稳定性意味着，在某些地方——那里有作为碳酸盐封存的地下碳和支持微生物生命的条件——封存的碳可能会转化为甲烷，特别是在地下氢能源库中

Fiore说：“在考虑这些策略时，需要考虑的是是否存在产甲烷菌，以及它们在多大程度上能够抵消我们在矿物封存方面所做的工作。”

这项工作始于林肯碱性盐碱湿地土壤的泥浆样本。研究人员已经知道样本中的任何产甲烷菌都会消耗氢气，但他们不知道这些微生物是否能溶解碳酸钙产生甲烷。为了回答这个问题，他们创造了特殊的培养条件，包括氢气和碳酸钙，这是一种旨在清除不能使用碳酸盐的微生物的环境

一小群微生物在培养过程中幸存下来，研究人员使用一种称为基因组解析宏基因组学的技术构建了它们的基因组。该社区不仅含有产甲烷菌，还含有五种细菌。该团队能够使用内布拉斯加州的CARS（相干反斯托克斯拉曼散射）显微镜对这些微生物进行可视化，CARS是激光辅助纳米工程实验室的一部分。这项工作表明，这些微生物附着在碳酸盐矿物的表面

与探索这个问题的其他研究不同，该团队严格控制了培养物的pH值——酸度或碱度。这是因为碳酸盐矿物在pH值波动时会改变其状态。通过保持pH值稳定，该团队确保了矿物质溶解可以更明确地归因于微生物的代谢，而不是培养物的化学变化

与超过100000名依赖Phys.org获取日常见解的订阅者一起探索科学、技术和太空的最新进展。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展

产甲烷菌的代谢对生物能源领域有影响。研究人员对使用天然氢作为清洁燃料越来越感兴趣；事实上，内布拉斯加州是美国第一口钻探天然氢气的井的所在地。韦伯说，确定微生物过程对地下氢储层的影响程度非常重要。另一个值得探索的途径是，除了地下氢气外，产甲烷菌产生的甲烷是否可以作为替代天然气加以利用

韦伯说，下一步是确定产甲烷菌能够溶解哪些其他碳酸盐物质，并寻找生物特征，以确认溶解过程发生在环境中，而不仅仅是在实验室中。该团队认为，这可能发生在世界各地，因为碳酸盐和同一类型的产甲烷菌在全球许多地方并存

韦伯说：“这是具有全球意义的本地研究。”

其他作者是Xi·黄，电气和计算机工程研究助理教授；陆永峰，洛特电气与计算机工程特聘教授；Nicole Buan，生物化学教授；Dan Miller，农学和园艺副教授，美国农业部林肯研究微生物学家；前博士后研究员桑杰·安东尼·巴布；以及前学生安东尼·科茨、唐纳德·潘和凯特琳·拉希 More information: Microbial methane production from calcium carbonate at moderately alkaline pH, Communications Earth & Environment (2025). DOI: 10.1038/s43247-025-20257-y. www.nature.com/articles/s43247-025-02057-y

Journal information: Communications Earth & Environment