微生物

一项在澳大利亚进行的研究并发表在Science杂志上，揭示了树皮中蕴藏着数万亿能够净化空气的微生物，它们能够吸收温室气体和有毒污染物。 这一发现扩展了对森林在气候调节中作用的理解，并为应对全球变暖开辟了新的行动方向。 该研究由Bob Leung博士（莫纳什大学生物医学发现研究所）和Luke Jeffrey博士（南十字星大学）领导，他们将这一发现描述为一种范式转变：“树木及其居住的微生物以我们刚刚开始理解的方式塑造了大气。” 现象的规模 Jeffrey博士指出，全球树皮的表面积大约相当于七大洲的总和。 这种“树皮大陆”上的微生物活动每年可能消除数百万吨的气候气体，从而增加了森林的生态贡献。 在澳大利亚的五年研究 该研究分析了澳大利亚东部湿地、高地和红树林中的树木，包括以下物种： Melaleuca quinquenervia Casuarina glauca Banksia integrifolia Acacia longifolia Avicennia marina Eucalyptus siderophloia 和 E. propinqua 通过先进的基因组和生物地球化学技术，科学家们识别并描述了树皮中居住微生物的活动。 树木微生物的作用 数据显示这些微生物： 消耗甲烷、氢气和一氧化碳。 处理树木自身释放的挥发性化合物。 从外部和内部净化空气。 这种净化效果补充了光合作用，扩大了森林可以捕获和处理的气体范围。 生态和社会影响 Chris Greening教授（BDI）指出，识别出具有高度活性微生物的树木可能使它们成为造林和城市绿化项目的优先目标。此外，他强调了这一发现的人类价值：树木微生物有助于消除一氧化碳，一种有毒污染物，从而改善空气质量。 Damien Maher教授（南十字星大学）补充说，这项研究只是“冰山一角”，所识别的微生物多样性表明需要重新思考森林如何控制地球气候。 气候科学的新范式 证据表明，树木不仅通过光合作用固定二氧化碳，其与树皮微生物的相互作用放大了森林的汇集效应。 这一发现挑战了科学界去研究微生物多样性在多大程度上决定了森林在气候调节中的效率，以及如何在环境和城市政策中加以利用。 森林远不止是氧气工厂：它们是复杂的生态系统，树皮及其微生物在空气净化和缓解气候变化中发挥着关键作用。这一发现为保护、造林和空气质量管理开辟了新的视角，尤其是在一个日益受到全球变暖影响的星球上。

通过尖端的卫星技术，航天局分析了这些微生物在海洋巨兽的食物链和全球气候调节中的关键作用。 美国国家航空航天局（NASA）已将目光投向深海，以揭开大规模生物生存的奥秘。 通过NASA的PACE任务，科学家们成功记录了浮游植物的重要性，这些微观生物虽然肉眼不可见，但构成了维持海洋巨人如鲸鱼和大型鲨鱼生命的基础支柱。 PACE卫星（浮游生物、气溶胶、云、海洋生态系统），被发射用于从高光谱视角观察地球，如同一个复杂的轨道实验室。 其主要仪器OCI（海洋颜色仪器）使研究人员能够根据水的微妙颜色变化识别不同的浮游植物群落。 这种技术能力是前所未有的，因为它能够区分对生态系统有益的物种和可能有害的物种。 海洋的无形引擎 浮游植物不仅是食物链的基础。它们的相关性超越了对大型鲸类的喂养；这些光合作用微生物负责生产我们呼吸的氧气的约50%。 与陆地植物一样，它们从大气中捕获二氧化碳（CO2），在缓解全球变暖和调节碳循环方面发挥着决定性作用。 NASA的PACE任务旨在了解气候变化如何影响这些生物的分布和丰度。 浮游植物种群的变化可能引发多米诺效应，从小型甲壳类动物到海洋中最大的捕食者，影响食品安全和全球海洋生态系统的健康。 来自太空的科学创新 感谢收集的数据，科学家团队可以实时监测海洋健康。卫星通过广泛的波长范围观察的能力使得检测以前难以察觉的变化成为可能。 这些信息不仅对海洋生物学至关重要，也对渔业和环境管理等领域提供了强有力的工具，以保护全球水资源。 通过这一进展，NASA重申了研究外太空对于理解和保护我们自己的星球生命的重要性，证明地球上最大生物的命运直接取决于其最小居民的健康。

塑料已成为21世纪最大的环境挑战之一。其耐用性使其成为一种持久的材料，可以在垃圾填埋场和海洋中存在数十年，影响生物多样性并污染土壤和水域。在澳大利亚，超过80%的塑料最终进入垃圾填埋场，这表明迫切需要更有效的解决方案。 在此背景下，澳大利亚的研究人员开发了一种能够将塑料转化为微生物食物的工艺，为在生物循环中重新利用塑料开辟了新途径，并提供了一个可在全球范围内复制的模型。 生物塑料创新中心及其使命 生物塑料创新中心（BIH）于2024年9月启动，领导这一开创性项目。该倡议结合了默多克大学、CSIRO和行业合作伙伴的研究，旨在开发完全可堆肥的生物塑料，从有机废物和塑料中提取。 该系统利用本地微生物能够代谢碳废物，这些废物存在于食物残渣和塑料中。这些微生物产生PHA（聚羟基烷酸酯），这是一种可生物降解的生物塑料，在其生命周期结束时完全降解，不产生有毒废物。 过程逐步 这一创新基于一个将废物整合到自然中的生物循环： 用有机废物和塑料碎片喂养微生物。 将材料转化为PHA生物塑料。 将PHA分解为天然肥料，重新融入生态系统。 这种方法不仅减少了废物的积累，还闭合了材料循环，创造了价值并有助于土壤和水域的恢复。 环境和社会优势 该项目提供了切实的好处： 减少垃圾填埋场和海洋中的塑料废物。 创造100%可堆肥的生物塑料。 ...

在环境生物技术方面的一项进展表明，食甲烷微生物可以在农业环境和垃圾填埋场中减少多达90%的排放这种强效的温室气体。 这项由《华盛顿邮报》传播的研究为应对空气污染和转变关键领域如农业和废物管理的环境管理开辟了新的可能性。 创新背后的技术 该提案基于使用甲烷氧化微生物，这些微生物以其自然消耗甲烷的能力而闻名。像Windfall Bio这样的公司和华盛顿大学的研究团队领导了在封闭系统或直接在受污染土壤上应用这些微生物的试验。 Windfall Bio的首席执行官Josh Silverman解释道： “这些生物知道如何吃甲烷。我们没有创造新东西。我们没有教他们做他们通常不做的事情。” 农场和垃圾填埋场的现场结果 在旧金山北部的Correia Family Dairy进行的测试中，微生物在短短一个月内吸收了一个粪池排放的超过85%的甲烷。农民Kenny Correia承认，起初这个想法让他觉得“疯狂”，但结果超出了他的预期。 在城市垃圾填埋场，效果也很显著：在洛杉矶的一次处理在30多天内减少了超过75%的排放。 在西雅图，由化学工程师和微生物学家Mary Lidstrom领导的华盛顿大学团队使用了一个生物反应器原型，在现场条件下实现了90%的甲烷减少，结果发表在同行评审的科学期刊上。 使用的菌株及其来源 该过程依赖于甲烷氧化微生物将甲烷转化为能量并繁殖的能力，即使在低浓度气体的环境中。 Lidstrom使用的菌株是Methylotuvimicrobium buryatense，来自西伯利亚湖底，以其快速生长和对甲烷的食欲而闻名。 Silverman从帕洛阿尔托的堆肥堆和土壤中收集微生物，在他自己的燃气烤架中培养。由此产生了菌株“Jar 6”，这是Windfall Bio测试的基础。 超越排放减少 研究人员希望利用微生物产生的生物质作为可持续肥料和蛋白质补充剂。 Lidstrom预计富含蛋白质的生物质可以用作养殖鱼类的饲料，这是野生种群减少的替代品。 Windfall Bio开始从微生物中生产肥料，将其转化为粉末，然后压成颗粒，提供给农场使用或出售。 Silverman强调这些解决方案经济上可行的重要性： “我们需要这些东西能够回馈给运营者自己。” 挑战和前景 尽管取得了进展，但大规模采用仍然存在挑战： 目前用于捕获垃圾填埋场甲烷的系统成本高且对分散排放效果不佳。 外部温度等因素可能影响微生物的性能。 大规模需求的肥料和蛋白质补充剂的衍生品尚未得到保证。 Lidstrom估计，从长远来看，可以部署10万到20万个集装箱大小的处理单元来捕获甲烷，目标是在2030年开始实施。 科学和农业部门的反应 微生物的潜力引发了期望： 加州环境署的技术顾问Eugene Tseng称其影响“巨大”。 斯坦福大学的气候科学家Rob Jackson支持摧毁甲烷的策略，尽管会产生二氧化碳，因为其在短期内的气候影响更大。 Straus...

一个由地质学家和生物学家组成的团队成功复活了被困在永冻土中的古老微生物，永冻土是一种由土壤、冰和岩石组成的冻结混合物，覆盖了北半球近四分之一的地区。 这些微生物中的一些已经休眠了数万年，但在解冻后，开始形成能够分解有机物并释放二氧化碳和甲烷的活体菌落，这两者都是强效的温室气体。 永冻土：生物和气候的档案 永冻土就像一个冰冻的墓地，保存着猛犸象、野牛和古老微生物的骨骼。 在发表在Journal of Geophysical Research: Biogeosciences上的研究中，研究人员在位于阿拉斯加地下的美国陆军永冻土隧道中收集了不同年代的样本。在那里，他们观察到微生物缓慢苏醒，甚至在几个月的孵化后形成了可见的生物膜。 “这些样本绝不是死的，远非如此，”研究的主要作者Tristan Caro表示。“它们能够分解有机物并释放碳。” 气候变化与微生物反馈 持续的解冻激活了加速全球变暖的微生物。 由于全球变暖，永冻土正在以惊人的速度解冻。随着这一过程的发生，微生物开始分解储存的有机物，释放出加剧气候变化的气体。 根据研究的共同作者Sebastian Kopf的说法，这一过程可能会产生一个恶性循环：更多的热量，更多的解冻，更多的排放。 “令人担忧的不是某个炎热的日子，而是北极夏季的延长，这使得温暖的温度可以延续到秋季和春季，”Caro解释道。 实验室模拟：未来的窗口 微生物需要数月才能激活，但随后形成强大的菌落。 为了模拟北极未来的条件，研究人员将样本孵化在3和12 °C的温度下，这对于永冻土来说是较高的温度。 他们使用含有氘的水，一种重氢，来追踪微生物如何将其融入细胞膜中。尽管最初的生长缓慢，但六个月后，一些菌落表现出强烈的活动，并不一定因更多的热量而加速。 风险与未解之谜 这些微生物在地球其他寒冷地区的行为如何？ 尽管研究的微生物对人类似乎没有危险，但它们释放碳的能力带来了全球生态风险。 研究团队警告说，还有许多需要研究，特别是在西伯利亚、加拿大和格陵兰等地区，那里的永冻土也在退缩。 “我们只采样了一小部分，”Caro总结道。“世界上还有大量的永冻土，我们还不知道它将如何响应。”