


这种微小的“gribble”——不到一英寸长——生活在沿海海洋环境中,以木材为食。它吞食从河口冲入海中的树枝和原木,承担着重要的生态功能。但它也可能是一种破坏性的烦恼,会蛀食船只和码头的木材,造成相当大的损害。与其他食木动物(如白蚁)不同,白蚁需要数千种微生物才能消化,而“gribble”的肠道则不需要任何帮助。它的消化系统是无菌的,这意味着它没有我们人类以及其他动物肠道中存在的复杂微生物群落。科学家们说,了解“gribble”如何分解木材可以帮助他们开发更好的将木材转化为燃料的方法。目前,用于发电的木材必须首先经过成本高昂且耗能的过程才能分解。“gribble”可能就是解锁木材能量的更便宜、更节能的方法。“约克大学生物学系的 Simon McQueen-Mason 表示:‘我们迫切需要动用一切可能的机制来减少碳排放。’‘为了避免气候变化最严重的后果,我们的行动时间非常紧迫,而且时间在流逝。’”

因此,McQueen-Mason 和他的研究团队一直在试图弄清楚“gribble”是如何穿透木质素的,这是构成木材糖聚合物的坚韧外层——长期以来一直是一个谜。他们最近发现,“gribble”会分泌一种叫做血蓝蛋白的酶。血蓝蛋白与使无脊椎动物血液呈蓝色的蛋白质是同一种,并且它们能够穿透木质素,从而获取木材中的糖分。他们的论文发表在《自然·通讯》杂志上。
血蓝蛋白在无脊椎动物体内输送氧气,就像血红蛋白在动物体内输送氧气一样。但血红蛋白通过与铁原子结合来结合氧气,使血液呈红色,而血蓝蛋白则通过铜原子结合氧气,使其血液呈蓝色。“我们发现,‘gribble’在利用血蓝蛋白分解木质素结构之前,会把木材咀嚼成非常小的碎片,”McQueen-Mason 说。人类可以利用血蓝蛋白来获取木材中的糖分,从而在燃烧木材时产生更多的能量。
这对气候来说是个好消息,因为木材提供了潜在的低碳能源。如果发电厂燃烧树木发电,并且树干和树枝中储存的碳释放到大气中,就会加剧气候变化。但是,如果在旧树生长的地方长出新树,新树就会从天空中吸收碳。整个过程理论上是碳中性的,尽管实际上并非如此简单。收获、运输和燃烧树木(通常不会被替换)需要大量的能源。

然而,McQueen-Mason 指出,木质生物质还包括农作物残余物,如秸秆和玉米秸秆、玉米、高粱或大豆等田间作物的叶子和茎,这些作物在收获谷物后通常会留在田间。这些材料不可避免地会分解,将储存的碳释放到天空中,最好将其燃烧以发电。他说:“这些‘来自木质——纤维素——原料的燃料,在考虑整个生命周期时,与化石燃料相比,可减少约 80% 的排放。”“问题是化石燃料更便宜。”
这项研究还涉及朴茨茅斯大学、剑桥大学和圣保罗大学的研究团队,发现用血蓝蛋白处理木材可以释放双倍以上的糖分,这意味着燃烧木材可以产生更多的能量。血蓝蛋白的表现与昂贵且耗能的化学热预处理方法相当,而这些方法通常是用于此目的的。
“在工业环境下,要达到与血蓝蛋白相同的效果,需要使用高温高压,而且成本很高,”McQueen-Mason 解释说。“血蓝蛋白在常温常压下就能做到这一点,并且可以降低工业环境下的预处理成本。”

使用血蓝蛋白可以更容易地生产木材等生物燃料。“从长远来看,这项发现可能有助于减少将木材转化为生物燃料所需的预处理能量,”约克大学生物学系的 Neil Bruce,该研究的合著者之一表示。然而,要成功将其用于工业用途,就需要找到制造大量血蓝蛋白的方法。目前还不可能,但科学家们已将其列入议程。
该报告的首席作者,约克大学生物学系的 Katrin Besser 指出,这项研究结果是科学从自然界中学习的又一例证。“看到大自然如何适应挑战,真是令人着迷,这项发现进一步证明了血蓝蛋白是极其多功能和多功能的蛋白质,”她说。
除了“gribble”在帮助科学家更有效地生产木材燃料方面的价值外,McQueen-Mason 认为,这种奇特的小甲壳类动物还可以为生物学研究人员提供一个值得进一步研究的模式消化系统。“那里有什么不寻常的事情发生,阻止了微生物的生长,”他说。“‘gribble’消化系统缺乏微生物,这本身就非常不寻常且有趣。”
玛琳·西蒙斯为Nexus Media撰稿,该媒体是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻社。