近日，上海交通大学海洋学院/海底科学与划界全国重点实验室海底生命与环境（SLOE）团队在Nature Microbiology发表研究论文“Evidence of direct methane production from long-chain fatty acids by thermophilic Archaeoglobi”，海洋学院助理研究员余甜甜为论文第一作者，王风平教授和余甜甜为共同通讯作者。

打破传统科学认知：发现古菌“单打独斗”降解长链脂肪酸

长链脂肪酸是地球环境中广泛存在的有机分子，长期以来，科学界认为长链脂肪酸的产甲烷降解必须依赖细菌与古菌的协同代谢——细菌先将长链脂肪酸分解为小分子化合物，古菌再将其转化为甲烷。这种“互营”模式被认为是自然界中有机质厌氧降解的经典范式。然而，本研究结果颠覆了这一认知，团队富集培养了一株新型产甲烷古菌——Ca. M. sphaerolipidus，并证实该古菌能够“独立完成”长链脂肪酸到甲烷的完整转化过程（图1）。

图1. 古菌能够“独立完成”长链脂肪酸到甲烷的完整转化过程示意图。

在添加油酸的培养物中，检测到甲烷持续产生，宏基因组和宏转录组测序显示，Ca. M. sphaerolipidus的相对丰度在DNA水平高达70%–94%，在RNA水平高达70%–86%。稳定同位素标记实验进一步证实，外加的¹³C标记油酸被直接转化为¹³C标记的甲烷和二氧化碳，且除油酸外，该古菌还能利用甲醇进行产甲烷作用（图2）。

图2. 以油酸/甲醇为底物时，Ca. M. sphaerolipidus富集培养物的甲烷产量及群落组成。

Ca. M. sphaerolipidus基因组完整编码了β-氧化途径、Wood-Ljungdahl途径（WLP）以及产甲烷关键的甲基辅酶M还原酶（MCR）和甲基转移酶（MTR）复合体系，使得该古菌无需任何细菌伙伴，即可独自完成从长链脂肪酸到甲烷的全部转化步骤。同时，转录组数据表明相关基因在油酸培养体系中均高表达（图3）。

图3. Ca. M. sphaerolipidus利用油酸/甲醇产甲烷代谢途径和相关基因转录情况。

改写产甲烷古菌的“食谱”

产甲烷古菌是一类严格厌氧的古菌，通过产甲烷作用获取能量，贡献了全球约三分之二的甲烷排放。此前，产甲烷古菌的已知底物类型主要包括：二氧化碳还原、乙酸裂解、甲基营养型、甲基还原、甲氧基营养型，以及近年报道的烷基营养型。本研究Ca. M. sphaerolipidus的发现，将长链脂肪酸纳入产甲烷古菌的“食谱”，使产甲烷途径增加至“第七种” （图4）。研究团队将这一全新产甲烷模式命名为 “脂质营养型产甲烷（liparotrophy）”。研究团队还从公共数据库中检索了94个 Ca. Methanoglobus属的基因组，发现其中33个携带产甲烷关键基因mcr，并可根据底物利用基因划分为5种代谢类型。这表明Ca. Methanoglobus 属内部具有多样化的产甲烷和甲烷氧化代谢能力，在自然环境中可能扮演着比此前认知更为丰富的生态角色。

图4. 发现“第七种”产甲烷模式示意图。

本研究不仅突破了产甲烷古菌代谢的传统认知边界，也为理解地球碳循环中长链脂肪酸的归宿提供了新的微生物学机制。长链脂肪酸是陆地植物和海洋浮游植物的主要组分，在全球有机碳库中占有重要份额。Ca. Methanoglobus这类古菌在海洋热液、陆地热泉、油田等高温厌氧环境中可能广泛存在，其“独立降解长链脂肪酸产甲烷”的能力，或将对全球甲烷排放预算的重新评估产生深远影响。

本研究得到国家自然科学基金（42230401、42276139），上海市科学技术委员会“科技创新行动计划”（24HC2810200），上海交通大学 2030 计划（WH510244001），以及“海洋负排放（ONCE）”等项目共同资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41564-026-02490-5