甲烷是重要的温室气体，对于地球气候历史演变和当今的全球气候变化有重要的意义，因此深入理解微生物产甲烷过程的类型、代谢路径和通量是环境地球化学、微生物学和气候科学共同关注的基础科学问题。传统产甲烷菌多分布于广古菌门的少数几个纲内，但近年来高通量测序技术的发展显著拓展了产甲烷古菌多样性认知，发现了新型微生物类群编码甲烷/烷烃代谢核心基因甲基辅酶M还原酶（Mcr），进而推测其具有产甲烷功能。然而因为相关微生物极难培养，目前对其甲烷代谢相关功能缺乏有效的实验验证，亟待跨学科的研究手段联合攻关。
近日，复旦大学环境科学与工程系水土界面过程团队在该领域取得新突破。团队负责人王梓萌教授与中国科学技术大学环境系花正双教授组建跨学科攻关团队，联合中国地质大学（武汉）王焰新院士，以及中山大学李文均教授、俄勒冈大学金曲生教授等国内外团队，利用滇藏热泉为研究窗口，在新型产甲烷古菌的生物地球化学活性与功能的研究中取得重要进展。研究首次用实验证明了非传统型产甲烷古菌是活跃在高温热泉中甲烷的主要生产者，推进了对微生物产甲烷过程的更深层次理解。研究成果以“Evidence for non-traditional mcr-containing archaea contributing to biological methanogenesis in geothermal springs”为题，于2023年6月28日发表于《科学进展》（Science Advances）期刊。
陆生热泉通常被认为是模拟远古地质环境，研究产甲烷微生物的天然实验室。本研究以云南腾冲热泉为研究对象，利用13C同位素示踪技术、野外原位实验和长期监测，和异位微宇宙实验，结合宏基因组与宏转录组学揭示了非传统型产甲烷古菌在高温热泉中的活动和效用，实验证明了在高温热泉生态系统中，甲烷生成主要由非传统型产甲烷古菌驱动，厘清了其对底物和温度的响应规律，揭示了各种含有mcr基因的非传统古菌是以前未被识别的甲烷来源。
验证不可培养的古菌微生物的环境生物地球化学功能通常被认为是具有相当挑战性的基础科学问题，该工作大胆地将生物地球化学实验手段和生物信息学技术紧密结合，共同验证了新型产甲烷古菌的代谢潜能，为探索新类群微生物的生态功能提供了新思路，为未来研究新型产甲烷微生物的生态效应及其对全球气候变化的影响提供了一个新的素材和关注点，打开了新的前沿方向。
本项研究是复旦环境科学与工程系近年来系统规划和建设水土界面环境过程方向，积极拓展与环境微生物、环境地理和环境生态交叉融合发展所取得的重要成果之一。论文的第一作者单位和第一通讯单位均为复旦大学环境科学与工程系，汪家家博士后为第一作者，系内其他共同作者包括访问学生周丰武，博士生翟祥媚、周铭等。研究受到国家自然科学基金项目等资助，并在启动阶段得到了复旦大学自由原创探索项目的资助。复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室和长江河口湿地生态系统国家野外科学观测研究站等校内研究平台为本工作提供了仪器和设备支持。
图. 实验测得的不同温度和底物对应的产甲烷速率与微生物种群的对应关系
