云有助于缓解全球变暖吗？海洋上空云形成的生物学过程

这个简图表示的是腐烂海藻中的硫化物被浮游细菌分解后或进入海洋食物链或进入大气的过程，如果进入大气，它将帮助形成水滴，而水滴是有助于地球降温的云的基础。（图片由乔治亚大学的Chris Reisch提供）

　　《科学日报》2011年5月11日消息，科学家在20年前就已经知道海洋中的浮游细菌在分解腐烂的海藻过程中产生的硫化物有两条循环路径。一条是，硫化物二甲基硫（DMS）进入大气帮助水滴的形成，而水滴是有助于地球降温的云的基础。另一条是，硫化物进入海洋食物链被海洋生物摄入后回归海水。

　　但科学家不知道这两条路径在什么情况下进行以及进行的原因。

　　在全球变暖越来越受到关注的今天，他们还想知道是否有可能让要进入海洋的硫化物改变其循环路径从而进入大气，帮助缓解全球变暖？

　　一项刚刚发表在《自然》杂志上的、由美国乔治亚大学（UGA）研究人员完成的研究增加了利用硫循环缓解全球变暖的可能性。研究鉴定出甲硫醇（MeSH）的形成及进入海洋微生物食物链这个生物化学路径的各个步骤及控制这个过程的基因。

　　“随着我们对海洋硫循环认识的增加，”研究合作作者William (Barny) Whitman说，“我们现在能更好地评价气候变化对这个过程的影响及调控它的可能性，这已经被建议作为缓解全球变暖的一种方法。

　　“能如此深入认识这样一个主要的生物地球化学过程真好，”富兰克林文理学院微生物学系主任、著名研究教授Whitman指出。

　　除了探明循环路径中的各个步骤及其控制基因，这个由UGA微生物学家、海洋科学家及化学家组成的科研小组还发现这个循环路径广泛存在于海洋浮游细菌外的非海洋环境中。

　　“细菌的秘密就是它们在自然界中的作用，”Whitman说。“这些生物代谢化合物以满足自身需要。我们需要知道它们从中得到了什么才能知道它对于海洋的意义，现在我们可以研究这个过程的环境重要性以及它的调控了。”这将有助于回答硫的两条循环路径进行的原因。

　　这篇文章的合作作者有UGA微生物学系研究生Chris Reisch和Vanessa Varaljay，化学系主任Jon Amster教授和研究生Melissa Stoudemayer及海洋科学系著名研究教授Mary Ann Moran，这些作者都就职或就读于富兰克林文理学院。

　　这项研究是UGA在10年前开始的一项研究的继续。Moran的早期研究表明由海藻制造并在它们死后释放到海水里的二甲巯基丙酸（DMSP）在大量的海洋玫瑰杆菌作用下转化为DMS进入大气。

　　2006年，Moran的研究小组在海洋细菌中发现了DMSP转化为MeSH（而不是转化为进入大气的DMS）的过程的第一步。2008年，Moran的博士研究生Erinn Howard在与Whitman实验室合作中发现了帮助海洋玫瑰杆菌把硫保留在海洋中的基因。

　　在国家科学基金会及戈登与贝蒂摩尔基金会（Gordon and Betty Moore Foundation）的资助下，UGA的研究人员鉴定出了路径的其余各步，包括鉴定出以前没有认识到的处于DMSP分解初产物MMPA及终产物MeSH之间的两个中间产物。

　　与UGA化学家合作，应用高分辨率质谱，这些研究人员得以对这些化合物进行鉴定。一个主要的惊喜就是新陈代谢中重要的大分子辅酶A（CoA）在中间产物中的存在。

　　“我们真的没有想到会有CoA的参与，”5年前鉴定出MeSH路径第一步的UGA小组的成员Reisch说。“我们原来认为可能是更小一些的脂肪酸。”

　　发现了中间产物后就有可能找到催化反应的酶然后就是那些基因。找到基因后，研究人员就可以通过对海洋细菌数据库进行分析，找到拥有控制MeSH过程的基因的细菌。

　　小组发现MeSH路径在海洋浮游细菌中普遍存在。“这些基因存在于61%的海洋表面浮游细菌中，” Reisch说，“而DMS路径只在不到5%的细胞中存在。”但他也说，“我们不知道的可能还很多。有些细菌，包括研究中使用的模式细菌，同时拥有这两种路径。”

　　研究人员还在很多非海洋细菌中发现控制MeSH路径的基因，包括土嚷、植物、极端环境及人类中常见的细菌。他们在《自然》杂志的文章中指出这个新发现的路径在多种细菌中的存在进一步强调了它的重要性。（babymouselover编译/环境生态网）