近日，廣州海洋地質調查局聯合自然資源部第三海洋研究所在深海冷泉甲烷碳循環研究方面取得新進展。相關研究以《金屬驅動的甲烷厭氧氧化作用是冷泉沉積物中重要的甲烷碳匯》為題在線發表于美國微生物學會Microbiology Spectrum期刊。論文第一作者為肖曦，共同通訊作者為梁前勇和董西洋，合作者包括羅敏、章楚雯、張亭亭、尹修然、吳學敏、趙靜、陶軍、陳宗恒。
金屬驅動的甲烷厭氧氧化作用（Metal-AOM）是海洋沉積物中甲烷重要的生物地球化學過程。目前通過巖相學和地球化學證據、微生物富集培養實驗等表明冷泉區可能發生了Metal-AOM過程。
然而，已有的原位冷泉系統監測結果仍難以從微生物的角度確證甲烷厭氧氧化與鐵錳還原作用之間的耦合關系，也難以進一步分析介導Metal-AOM過程的微生物代謝途徑和互作機制。這就導致Metal-AOM對甲烷碳匯的貢獻，尤其是錳驅動的甲烷厭氧氧化過程對控制現代海洋甲烷釋放的重要作用被大大低估，限制了我們對海洋溫室氣體甲烷排放機制的進一步認識。
針對這一科學難題，研究人員通過將地球化學、數值建模與微生物擴增子、宏基因組、宏轉錄組測序相結合，對南海“海馬”冷泉區沉積物柱開展了跨學科研究。研究結果表明：基于甲烷、硫酸鹽、溶解態鐵/錳離子濃度，溶解態無機碳及其碳穩定同位素等孔隙水地球化學參數，以及沉積物高活性鐵組分含量等數據，證明該冷泉沉積物中硫酸鹽-甲烷轉換帶以下的產甲烷帶發生了甲烷厭氧氧化和鐵錳還原作用。
基于RNA和DNA的擴增子測序手段，在硫酸鹽消耗殆盡的產甲烷帶發現了大量活躍的甲烷厭氧氧化古菌（ANME）。宏基因組和宏轉錄組數據表明，不同的ANME可能獨自或者通過與ETH-SRB1類群合作，在產甲烷帶積極介導甲烷厭氧氧化和金屬還原的耦合作用。數值建模結果顯示，通過鐵驅動的甲烷厭氧氧化和錳驅動的甲烷厭氧氧化過程消耗甲烷的通量均為0.3 μmol cm-2a-1，金屬驅動的甲烷厭氧氧化作用至少貢獻了冷泉沉積物中甲烷總消耗量的3%。雖然該速率遠低于硫酸鹽驅動的甲烷厭氧氧化作用，但考慮到全球陸坡有數萬個活躍的冷泉系統，Metal-AOM對于高通量滲漏的冷泉區甲烷碳匯的貢獻不容小覷。
該成果創新性提出錳驅動的甲烷厭氧氧化過程很有可能是現代海洋甲烷的一個重要但以往被忽視的匯，而大陸架中大量埋藏的高活性鐵錳氧化物作為甲烷厭氧氧化作用的電子受體賦存于沉積物的產甲烷帶并發揮了積極作用。這對深入理解深海極端環境下甲烷的生物地球化學過程、科學評估甲烷滲漏的生態環境效應具有重要意義。
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