By OCAdmin in 研究報導 on

甲烷是造成溫室效應的重要氣體之一，等量甲烷所造成的全球暖化潛能 (Global Warming Potential) 在百年尺度下約是是二氧化碳的 28 倍。泥火山是自然環境中重要的甲烷溢氣管道，和海底泥火山相比，陸域泥火山缺乏上覆大量海水緩衝，以及在海水中進行的好氧甲烷氧化作用 (aerobic oxidation of methane)，因此甲烷的溢散更為直接。先前研究指出，陸域泥火山的甲烷溢散受微生物作用的消耗和產生所影響，但對於可產生合成甲烷前趨物（例如氫氣、醋酸、以及甲基化合物等）的微生物群集和其在沉積物中的分佈仍屬未知。除此之外，陸域泥火山的硫酸鹽濃度大多很低，大幅限制了硫酸鹽還原型厭氧甲烷氧化作用。因此，常見於海洋環境中的硫酸鹽還原型厭氧甲烷氧化作用，是否可以在此低硫酸鹽的陸域泥火山環境下有效消耗甲烷減少其溢散，仍屬未知。

台灣大學海洋研究所塗子萱博士和王珮玲老師率領研究團隊選定台東雷公火泥火山為研究地點，調查陸域泥火山中與甲烷代謝相關的微生物群聚及功能性基因分佈，以期能進一步解析微生物代謝作用對陸域泥火山甲烷逸散作用的影響。研究團隊利用次世代高通量分析，獲取泥火山沉積物中微生物族群結構資料，同時也分析沉積物孔隙水中氯離子、鐵離子、甲烷、溶解態有機碳 (DOC) 溶解態無機碳 (DIC) 等物質的濃度，並且測量甲烷和 DIC 的碳同位素組成和分析沈積物中總有機碳 (TOC) 含量，探討沈積物隨深度改變的化學成分變化與微生物群聚結構的相互關連。

群聚結構分析結果顯示硫酸還原型的厭氧甲烷古菌 (ANME-2a) 和可進行鐵錳還原的除硫單胞菌目 (Desulfuromonadales) 一起以較高的比例出現在接近沉積物表面的厭氧甲烷氧化帶中（圖一）。此外功能性基因分析結果也顯示與厭氧甲烷氧化以及鐵還原相關的基因，特別是細胞間電子傳遞相關的基因大致是分佈在厭氧甲烷氧化帶中，也暗示了厭氧甲烷氧化可能利用體外電子傳遞的方式，將氧化甲烷所產生的電子直接傳遞給最終電子接受者。與分解大分子有機碳如纖維素或幾丁質相關的基因則是出現在分析的岩心底層，該處同時也存在相對較多的甲烷產生菌。沉積物表層與泥池中則擁有較高比例的甲烷單氧化酵素（methane monooxygenase），專司好氧甲烷氧化作用。

該研究結果顯示隨著沉積物中的水化學梯度變化，產生了多種微棲地，供不同代謝類型的微生物所使用。這些微生物形成代謝網絡，可將沉積物中不易分解的有機碳類經由降解及發酵作用轉變為製造甲烷的前趨物，合成甲烷作為表層厭氧甲烷氧化帶中重要的甲烷來源之一，再經由微生物分解進行礦化作用。

延伸閱讀：

T-H Tu, L-W Wu, Y-S Lin, H Imachi, L-H Lin and P-L Wang (2017) Microbial Community Composition and Functional Capacity in a Terrestrial Ferruginous, Sulfate-Depleted Mud Volcano. Frontiers in Microbiology doi: 10.3389/fmicb.2017.02137. Available at:  https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2017.02137/full

圖一 雷公火泥火山沉積物微生物群聚結構分析。(A) 利用非度量多維分析(Non-metric multidimensional scaling) 解析不同深度中微生物群聚結構的差異性，以及與孔隙水化學中的關聯性。結果顯示，淺層樣本的甲烷碳同位素較輕，且鐵離子濃度也高於深部樣本，而深部樣本則具是甲烷濃度較高。(B) 利用 16S rRNA分析層積物群群聚結構，結果顯示群聚結構隨著深度變化改變，可進行鐵錳還原的除硫單胞菌目（藍色）以及甲烷氧化古菌（綠色），主要分布在淺層為主。