Nature 新研究表明：所有生命都是甲烷生产者，这一发现有哪些意义？
这篇来自《自然》杂志的最新研究，提出“所有生命都是甲烷生产者”这一颠覆性观点，确实为我们理解生命在地球上扮演的角色打开了全新的视角。如果这一发现被证实，其意义将是深远而广泛的，触及我们对生命起源、地球生态系统、气候变化乃至我们在宇宙中的位置的认知。
首先，从生命起源和早期地球演化的角度来看：
生命与甲烷的共生关系: 如果所有生命形式，即使是最基础的单细胞生物，都能在生命活动中产生微量的甲烷，那么这可能意味着甲烷并非仅仅是某些特定生物（如肠道菌群、厌氧菌）的代谢产物，而是贯穿于所有生命活动中的一种基础副产物。这暗示了生命在诞生之初，可能就与甲烷的产生紧密相连。
早期地球大气成分的重塑: 我们知道早期地球的大气成分与现在大相径庭，其中甲烷被认为是重要的温室气体，对维持早期地球的温度起着关键作用，使得液态水能够存在，为生命的诞生提供了可能。如果所有生命都是甲烷生产者，那么这意味着生命从一开始就在积极地参与塑造地球大气的成分和气候，而不是被动地适应环境。生命与环境的这种相互塑造关系，在生命起源的早期可能更为显著。
对“生命”定义的潜在挑战: 当前，我们对生命活动的研究大多集中在有氧呼吸和光合作用等更为人熟知的代谢途径。如果发现所有生命都产生甲烷，即便量微，也可能迫使我们重新审视“生命”的定义和其活动的多样性。我们可能需要更广阔的视野来捕捉那些尚未被我们足够关注的生物化学过程。
其次，在地球生态系统和生物地球化学循环方面：
甲烷循环的全面解读: 甲烷（CH4）是一个强大的温室气体，也是碳循环中的关键组成部分。目前我们主要关注由厌氧微生物产生的甲烷，这些甲烷通过湿地、海洋沉积物、反刍动物等途径释放到大气中。如果所有生命都贡献甲烷，那么整个地球的甲烷循环将需要被重新建模和理解。我们不能再简单地将其归咎于少数几个“甲烷排放大户”，而是要考虑一个更为分散、普适性的甲烷来源。
生物多样性与甲烷产量的关系: 这个发现可能会引发对不同生命形式甲烷生产效率的深入研究。例如，不同代谢途径的细菌、古菌、真核生物（包括植物、动物和真菌）在产生甲烷方面的差异有多大？是否存在某种普遍的“甲烷生产效率因子”？这对于理解生物多样性如何影响全球甲烷平衡至关重要。
新的生物标志物和生命探测信号: 在寻找地外生命时，寻找甲烷常常被视为一个重要的线索，因为它是某些生命活动的产物。如果所有生命都产生甲烷，那么这一信号的独特性和指向性可能会受到影响。我们需要更精细的方法来区分“所有生命都产生甲烷”的背景信号，以及特定生命形式产生的、更具代表性的甲烷信号。反过来，这也意味着我们可能需要寻找其他更为独特的生物标志物来探测地外生命。
再次，对于气候变化和环境科学来说：
温室气体排放的重新评估: 如果所有生命都产生甲烷，那么我们需要重新评估地球整体的甲烷排放量，并将其纳入气候模型中。即使个体生物的甲烷产量微乎其微，将它们累加起来，其对全球甲烷总量的贡献也可能是不容忽视的。这可能改变我们对甲烷排放源的认知，并影响到减缓气候变化的策略。
环境修复和生物技术的潜在应用: 理解所有生命产生甲烷的机制，可能会为开发新的生物修复技术提供思路。例如，是否可以通过调节生物体内的代谢途径，来控制或减少甲烷的产生？或者，是否可以利用这种普遍的生物特性，发展新的生物能源或碳捕获技术？
地球系统的复杂性: 这个发现再次强调了地球作为一个复杂、相互关联的系统的本质。生命活动不仅仅是物质和能量的流动，还深刻地影响着我们星球的大气和气候。这提醒我们，在研究环境问题时，必须从更宏观、更系统的角度出发。
最后，从哲学和宇宙学的层面，它也可能带来一些思考：
生命作为普遍现象的可能性: 如果生命活动（即使是微量的甲烷产生）是所有生命共有的普遍特征，那么这是否暗示生命在宇宙中可能比我们想象的更普遍？或者说，生命的某种基本“工作方式”具有一定的共性？
我们对宇宙生命的理解: 随着我们对地球生命认识的加深，我们对可能存在于其他星球上的生命形式的理解也会随之演进。如果甲烷生产是生命的一个基础特征，那么我们在探索宇宙生命时，可以更有针对性地寻找具备这一特征的行星环境。
总而言之，这项《自然》研究的发现，如果得到广泛证实，将是一次科学上的重大突破。它不仅仅是关于甲烷的，更是关于我们如何理解生命本身，以及生命如何塑造和被塑造的。它要求我们用全新的视角去审视地球的过去、现在和未来，也为我们在宇宙中寻找生命提供新的线索和思考方向。
首先，从生命起源和早期地球演化的角度来看：
生命与甲烷的共生关系: 如果所有生命形式，即使是最基础的单细胞生物，都能在生命活动中产生微量的甲烷，那么这可能意味着甲烷并非仅仅是某些特定生物（如肠道菌群、厌氧菌）的代谢产物，而是贯穿于所有生命活动中的一种基础副产物。这暗示了生命在诞生之初，可能就与甲烷的产生紧密相连。
早期地球大气成分的重塑: 我们知道早期地球的大气成分与现在大相径庭，其中甲烷被认为是重要的温室气体，对维持早期地球的温度起着关键作用，使得液态水能够存在，为生命的诞生提供了可能。如果所有生命都是甲烷生产者，那么这意味着生命从一开始就在积极地参与塑造地球大气的成分和气候，而不是被动地适应环境。生命与环境的这种相互塑造关系，在生命起源的早期可能更为显著。
对“生命”定义的潜在挑战: 当前，我们对生命活动的研究大多集中在有氧呼吸和光合作用等更为人熟知的代谢途径。如果发现所有生命都产生甲烷，即便量微，也可能迫使我们重新审视“生命”的定义和其活动的多样性。我们可能需要更广阔的视野来捕捉那些尚未被我们足够关注的生物化学过程。
其次，在地球生态系统和生物地球化学循环方面：
甲烷循环的全面解读: 甲烷（CH4）是一个强大的温室气体，也是碳循环中的关键组成部分。目前我们主要关注由厌氧微生物产生的甲烷，这些甲烷通过湿地、海洋沉积物、反刍动物等途径释放到大气中。如果所有生命都贡献甲烷，那么整个地球的甲烷循环将需要被重新建模和理解。我们不能再简单地将其归咎于少数几个“甲烷排放大户”，而是要考虑一个更为分散、普适性的甲烷来源。
生物多样性与甲烷产量的关系: 这个发现可能会引发对不同生命形式甲烷生产效率的深入研究。例如，不同代谢途径的细菌、古菌、真核生物（包括植物、动物和真菌）在产生甲烷方面的差异有多大？是否存在某种普遍的“甲烷生产效率因子”？这对于理解生物多样性如何影响全球甲烷平衡至关重要。
新的生物标志物和生命探测信号: 在寻找地外生命时，寻找甲烷常常被视为一个重要的线索，因为它是某些生命活动的产物。如果所有生命都产生甲烷，那么这一信号的独特性和指向性可能会受到影响。我们需要更精细的方法来区分“所有生命都产生甲烷”的背景信号，以及特定生命形式产生的、更具代表性的甲烷信号。反过来，这也意味着我们可能需要寻找其他更为独特的生物标志物来探测地外生命。
再次，对于气候变化和环境科学来说：
温室气体排放的重新评估: 如果所有生命都产生甲烷，那么我们需要重新评估地球整体的甲烷排放量，并将其纳入气候模型中。即使个体生物的甲烷产量微乎其微，将它们累加起来，其对全球甲烷总量的贡献也可能是不容忽视的。这可能改变我们对甲烷排放源的认知，并影响到减缓气候变化的策略。
环境修复和生物技术的潜在应用: 理解所有生命产生甲烷的机制，可能会为开发新的生物修复技术提供思路。例如，是否可以通过调节生物体内的代谢途径，来控制或减少甲烷的产生？或者，是否可以利用这种普遍的生物特性，发展新的生物能源或碳捕获技术？
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最后，从哲学和宇宙学的层面，它也可能带来一些思考：
生命作为普遍现象的可能性: 如果生命活动（即使是微量的甲烷产生）是所有生命共有的普遍特征，那么这是否暗示生命在宇宙中可能比我们想象的更普遍？或者说，生命的某种基本“工作方式”具有一定的共性？
我们对宇宙生命的理解: 随着我们对地球生命认识的加深，我们对可能存在于其他星球上的生命形式的理解也会随之演进。如果甲烷生产是生命的一个基础特征，那么我们在探索宇宙生命时，可以更有针对性地寻找具备这一特征的行星环境。
总而言之，这项《自然》研究的发现，如果得到广泛证实，将是一次科学上的重大突破。它不仅仅是关于甲烷的，更是关于我们如何理解生命本身，以及生命如何塑造和被塑造的。它要求我们用全新的视角去审视地球的过去、现在和未来，也为我们在宇宙中寻找生命提供新的线索和思考方向。
网友意见
这项研究描述“来自 30 多个物种的代谢活跃的细胞会响应细胞内的活性氧水平、用一种非酶促反应产生甲烷”。由此产生的甲烷的量参差不齐，有几个数量级的变动范围。可以在这里查看全文[1]。
历史上，人们认为地球生物的甲烷排放量主要来自产甲烷古菌在严格缺氧条件下进行的酶促反应。现在发现的上述非酶促反应需要活性氧、游离铁、提供甲基的分子，不需要缺氧条件，拓展了人对生物产生甲烷之途径的认识。
在这项研究之前 16 年，德国马克斯·普朗克研究所的研究人员发现植物能在有氧条件下释放甲烷，引起轰动。当时的知识无法解释这种现象。在进一步研究中，研究人员发现一些真菌、色藻、蓝菌在有氧条件下产生甲烷，推测它们有某种酶催化甲烷生成，但找不到相应的酶。现在发现的非酶促反应可以很好地解释观测事实。
目前不知道这种反应贡献了多少甲烷排放量。已知的全球甲烷排放量里有一些未知来源，不清楚有多大比例来自这种反应。这反应产生的甲烷至少有一部分有概率与活性氧发生反应，自然界亦有多种细菌利用甲烷。
代谢加快、气温上升、外来活性氧、炎症等可以增加这种机制的甲烷产生量。测定人呼吸排放的气体中的甲烷水平，可能指示此人体内的氧化应激水平或免疫反应。
参考
- ^ https://www.researchgate.net/publication/359124163_Methane_formation_driven_by_reactive_oxygen_species_across_all_living_organisms
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