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通過研究地球甲烷，可以為在太陽系中尋找外星生命提供信息

土星和木星的衛(wèi)星上可能存在甲烷包合物，幸哉地球上也有它們。

人們在俄勒岡海岸的沉積物中發(fā)現(xiàn)了甲烷包合物。一艘德國科考船在海洋表面以下大約4000英尺的海底表層發(fā)現(xiàn)了這種水合物。

(圖源：Wusel007 via Wikimedia Commons)

在地球上，大量的甲烷被困在白色的籠狀化學結(jié)構(gòu)中。這些沉積物主要存在于極低凍土和海底，但關(guān)鍵在于，這些物質(zhì)不僅存在于地球。整個太陽系，從行星及其衛(wèi)星到飛馳而過的彗星，都有類似的儲藏。盡管科學家們認為這些沉積物最終會影響這些星球的海水和大氣的組成，但它們是否來自生物過程仍然是一個懸而未決的問題。許多專家長期未解的是這些甲烷籠是如何在高壓海水條件下保持穩(wěn)定的。

現(xiàn)在，一組研究人員從俄勒岡州海岸的海底提取了一種甲烷沉積物，同時發(fā)現(xiàn)了一種全新的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)似乎在穩(wěn)定沉積物的結(jié)構(gòu)中起著重要作用。

佐治亞理工學院地球與大氣科學學院教授、這項新研究的合著者詹妮弗·格拉斯在一份聲明中說：“我們想了解這些地層是如何在海底保持穩(wěn)定的，以及究竟是什么機制促成了它們的穩(wěn)定。這是以前沒有人做過的事情。”

在地球上，當海水中的微生物將浮游生物殘留物等有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷時，就會形成被稱為“甲烷包合物”的固體冰狀沉積物。隨著時間的推移，這些沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w并向上上升。在這個過程中，各種各樣的生物開始以甲烷為食。最終，這種化學物質(zhì)被釋放到大氣中。但在像北極這樣的地區(qū)，水的變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們之前就從海水中逸出。

格拉斯此前在宇航局太空生物學計劃的支持下開始這項研究時曾解說道：“這些深層微生物攜帶的基因不同于在地球表面發(fā)現(xiàn)的任何基因，這個項目讓我們有機會揭開微生物在極端條件下的生存策略，了解微生物對于在水合物沉積物中的甲烷生成的作用，并擴大我們的研究能力。”

為了更好地理解甲烷包合物，這項新研究的研究人員鑒定了沉積物中存在的蛋白質(zhì)基因。這些蛋白質(zhì)在實驗室中被重新合成以便于進一步分析。為了測試這些蛋白質(zhì)，研究小組還在實驗室里通過重現(xiàn)海底的高壓和低溫來制造甲烷包合物。根據(jù)這項新研究，一個模仿海底條件的獨特壓力室被從零開始建造，該壓力室用于測量包合物在特定時間內(nèi)消耗了多少氣體，這有助于了解它形成的速度。

結(jié)果表明，一類稱為“細菌包合物結(jié)合蛋白”的蛋白質(zhì)通過直接與包合物的結(jié)構(gòu)相互作用來影響包合物的生長。科學家們說，具有防凍特性的蛋白質(zhì)，比如那些幫助魚類在較低溫度下生存的蛋白質(zhì)，穩(wěn)定了包合物的籠形結(jié)構(gòu)。

佐治亞大學的博士后研究員阿比蓋爾·約翰遜在實驗室里為這項新研究制成了甲烷包合物，她在最近的一份聲明中說：“非常幸運試驗成功了，因為盡管我們是根據(jù)它們與抗凍蛋白的相似性來選擇這些蛋白質(zhì)的，但它們是完全不同的。它們在自然界中具有類似的功能，但需要通過完全不同的生物系統(tǒng)來實現(xiàn)。我認為這真的讓人們感到興奮。”

在太陽系的其他地方，先前的研究表明火星上的甲烷起源于熱液反應。

在土星最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六上，科學家們認為氣體起源于早期太陽系的組成部分。土星的衛(wèi)星土衛(wèi)二和木星的木衛(wèi)二被認為是目前尋找生命的最佳地點，也被認為含有甲烷包合物。

這項新研究的發(fā)現(xiàn)表明，如果其他星球上存在微生物，它們可能會制造出類似的分子來制造和穩(wěn)定甲烷包合物，而甲烷包合物反過來會影響這些星球上海水和大氣的組成。

因此，為了找到外星生命，也許我們需要沿著甲烷包合物的軌跡。

這項研究發(fā)表在2023年8月的《PNAS Nexus》雜志上。

BY:Sharmila Kuthunur

FY:洲

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