通过研究地球甲烷，可以为在太阳系中寻找外星生命提供信息

土星和木星的卫星上可能存在甲烷包合物，幸哉地球上也有它们。

人们在俄勒冈海岸的沉积物中发现了甲烷包合物。一艘德国科考船在海洋表面以下大约4000英尺的海底表层发现了这种水合物。

(图源：Wusel007 via Wikimedia Commons)

在地球上，大量的甲烷被困在白色的笼状化学结构中。这些沉积物主要存在于极低冻土和海底，但关键在于，这些物质不仅存在于地球。整个太阳系，从行星及其卫星到飞驰而过的彗星，都有类似的储藏。尽管科学家们认为这些沉积物最终会影响这些星球的海水和大气的组成，但它们是否来自生物过程仍然是一个悬而未决的问题。许多专家长期未解的是这些甲烷笼是如何在高压海水条件下保持稳定的。

现在，一组研究人员从俄勒冈州海岸的海底提取了一种甲烷沉积物，同时发现了一种全新的蛋白质，这种蛋白质似乎在稳定沉积物的结构中起着重要作用。

佐治亚理工学院地球与大气科学学院教授、这项新研究的合著者詹妮弗·格拉斯在一份声明中说：“我们想了解这些地层是如何在海底保持稳定的，以及究竟是什么机制促成了它们的稳定。这是以前没有人做过的事情。”

 

在地球上，当海水中的微生物将浮游生物残留物等有机物质转化为甲烷时，就会形成被称为“甲烷包合物”的固体冰状沉积物。随着时间的推移，这些沉积物转变为气体并向上上升。在这个过程中，各种各样的生物开始以甲烷为食。最终，这种化学物质被释放到大气中。但在像北极这样的地区，水的变暖速度比地球上其他地方都快，大量的甲烷在生物群落消耗它们之前就从海水中逸出。

格拉斯此前在美国宇航局太空生物学计划的支持下开始这项研究时曾解说道：“这些深层微生物携带的基因不同于在地球表面发现的任何基因，这个项目让我们有机会揭开微生物在极端条件下的生存策略，了解微生物对于在水合物沉积物中的甲烷生成的作用，并扩大我们的研究能力。”

为了更好地理解甲烷包合物，这项新研究的研究人员鉴定了沉积物中存在的蛋白质基因。这些蛋白质在实验室中被重新合成以便于进一步分析。为了测试这些蛋白质，研究小组还在实验室里通过重现海底的高压和低温来制造甲烷包合物。根据这项新研究，一个模仿海底条件的独特压力室被从零开始建造，该压力室用于测量包合物在特定时间内消耗了多少气体，这有助于了解它形成的速度。

结果表明，一类称为“细菌包合物结合蛋白”的蛋白质通过直接与包合物的结构相互作用来影响包合物的生长。科学家们说，具有防冻特性的蛋白质，比如那些帮助鱼类在较低温度下生存的蛋白质，稳定了包合物的笼形结构。

佐治亚大学的博士后研究员阿比盖尔·约翰逊在实验室里为这项新研究制成了甲烷包合物，她在最近的一份声明中说:“非常幸运试验成功了，因为尽管我们是根据它们与抗冻蛋白的相似性来选择这些蛋白质的，但它们是完全不同的。它们在自然界中具有类似的功能，但需要通过完全不同的生物系统来实现。我认为这真的让人们感到兴奋。”

在太阳系的其他地方，先前的研究表明火星上的甲烷起源于热液反应。

在土星最大的卫星土卫六上，科学家们认为气体起源于早期太阳系的组成部分。土星的卫星土卫二和木星的木卫二被认为是目前寻找生命的最佳地点，也被认为含有甲烷包合物。

这项新研究的发现表明，如果其他星球上存在微生物，它们可能会制造出类似的分子来制造和稳定甲烷包合物，而甲烷包合物反过来会影响这些星球上海水和大气的组成。

因此，为了找到外星生命，也许我们需要沿着甲烷包合物的轨迹。

这项研究发表在2023年8月的《PNAS Nexus》杂志上。

BY:Sharmila Kuthunur

FY:洲

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