日本理化学研究所(RIKEN)的科学家正在寻找地球生命起源的线索，他们发现了一种新的微生物，这种微生物可能有助于了解生物最初如何在地球上发育、在宇宙的其他地方寻找生命以及如何改进微生物工厂。

他们的研究是在加利福尼亚州北部崎岖的深水泉中进行的，发现了一种能将二氧化碳转化为其他化学物质的微生物。这一过程不仅能产生能量，而且还采用了一种以前未知的代谢途径，这表明碳固定的新方法可能模仿了地球上最早的能量代谢形式。

“这真的很不寻常，”这项研究的主要作者、日本和光理化学研究所先锋研究集群地球生物学和天体生物学实验室负责人、微生物学家ShinoSuzuki说道。

微生物生存的这种不寻常环境可能是地球生命起源的环境之一，因此这种新型碳固定“可能代表了原始生命最早的能量转换过程之一”，铃木说。事实证明，它也可能被用来促进微生物制造化学品和生物燃料。

生命起源线索

这种微生物是一种被称为古菌的单细胞生命形式，来自一个名为雪松的超自然生态系统。这个地质宝藏位于旧金山标志性的金门大桥以北约150公里处，其特点是某些地下岩石与水发生反应而形成的奇异矿物。

这一过程产生的水富含钙、氢和甲烷气体，但缺乏生命所必需的其他成分。尽管如此，生命仍然在那里繁衍生息。

大约15年前，铃木和她的同事开始研究这种恶劣环境中的微生物，使用先进的基因测序技术来识别这些未知领域中的细菌和古生菌。他们遇到了各种奇异的微生物，每种微生物都有独特的基因组特征和代谢功能。

有些细菌以氢气为食，而有些细菌则以碱性水中溶解的矿物质为食。然而，也许没有什么细菌比Met12更奇怪、更令人着迷。

Met12是一种丰富的古菌，生活在雪松深层地下水中。基因分析显示，它与一组厌氧微生物密切相关，这些微生物以产生甲烷作为新陈代谢的副产品而闻名。然而，Met12缺乏制造甲烷所需的基因。

相反，这种微生物依靠另一种代谢途径，将二氧化碳转化为一种名为醋酸盐的有机分子，而不会在此过程中释放任何甲烷。值得注意的是，一种名为MmcX的独特基因协助了这一过程。

正如Suzuki和她的团队所展示的，这种基因有助于提高Met12的电子输入能力，从而实现更强劲的能量代谢。这种适应性对于微生物在雪松山等地形中繁衍生息至关重要，乍一看，这些地形似乎完全不适合这种生命生存。

铃木表示，这一发现展示了一种以意想不到的方式适应极端环境的生命形式，这一发现可能反映出原始生命甚至是外星生命是如何在早期地球或其他行星上存在的恶劣条件下产生的。“这可能为生命的起源提供一些见解，”铃木说。

当铃木与来自美国、丹麦和日本其他地方的同事首次发现Met12时，他们并不相信自己的发现。“我怀疑自己，”铃木说。“我以为我犯了一个错误。”

由于只有基因序列可用，他们不得不使用一种方法来重建微生物的环化基因组。在实验室中培养Met12非常困难，因此他们无法通过传统的微生物学方法来验证其存在。转向合成生物学，研究人员必须使用创造性的验证方法来说服自己这种生物是真实存在的。

他们将MmcX基因插入一种杆状细菌，这种细菌经过基因改造，不具有电子转移活性。这一调整有助于挽救微生物的电子吸收能力，甚至超过正常水平。通过进一步的实验，研究人员推断出Met12如何利用这些电子来促进能量代谢，以二氧化碳为主要燃料来源。

充满活力的兴奋

这一发现具有实际意义。他们增强了代谢活性和多功能性的细菌通常用于制造生物燃料。利用MmcX，铃木希望提高依赖电子转移来帮助制造化学品和生物燃料的转基因微生物的效率。他们的创新已为这项分子技术申请了专利。

对这种古菌的表征还可以有助于碳封存，这是减少排放、减缓气候变化速度的首要任务。

创新的可能性并不止于MmcX。Suzuki预计，随着对TheCedars的进一步探索以及对其他具有尚未开发的遗传多样性储量的独特环境的研究，将会有更多非凡的发现。

她的团队目前正在日本阿尔卑斯山的白马八方温泉、与雪松温泉条件相似的高碱性温泉以及位于西太平洋的世界最深海沟马里亚纳海沟的海底火山等地寻找嗜极生物。

她说：“还有许多有趣的基因尚未被发现。”