在世界各地的浅海水域中发现的海草草甸是值得注意的甲烷排放者。然而，只有少数研究量化了它们的甲烷贡献，对代谢过程和参与其中的微生物知之甚少。
上周(2月14日)发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究描述了甲烷在地中海特有的海草Posidonia oceanica草甸中形成的机制。植物根部周围沉积物的宏基因组表明，来自不同古菌群的微生物正在代谢植物组织中存在的不同化合物以产生甲烷。根据这些发现，这些微生物群落在海草活着的时候和死后很久都会产生甲烷。
海草与红树林和盐沼一起被认为是蓝碳生态系统——它们从大气中隔离、储存和掩埋碳，防止二氧化碳水平进一步增加。然而，它们也会排放大量的甲烷，这是一种比二氧化碳更有可能变暖的温室气体。
缅因州毕格罗海洋科学实验室的海草生态学家奥罗拉·里卡特(Aurora Ricart)说，这样的研究很重要，她没有参与这项新研究。“关于海草甲烷排放的数据并不多……大多数时候，我们相信[这些栖息地]对减缓气候变化做出了积极的贡献，特别是通过隔离二氧化碳，并且清楚地了解这些系统中的总体温室气体通量将真正有助于理解“它们的作用”。她补充说，这项新工作相当全面:它报告了与这些排放有关的途径和微生物群落。
这项研究的重点是大洋藻，它可以在地下形成厚厚的泥炭层，这些泥炭层来自根、根茎和其他植物材料的有机碎屑的积累。德国马克斯普朗克海洋微生物研究所的研究小组量化了这些海草草甸的甲烷通量，发现该物种处于先前描述的其他海草排放范围的上端。
为了进一步研究这些甲烷排放所涉及的代谢途径，研究人员用不同类型的碳标记基质喂给大洋藻沉积物。他们只在加入甲基化化合物时才观察到甲烷生成，甲基化化合物通常是由海洋植物产生和释放的，以应对渗透压力。当他们加入醋酸或氢气时，没有产生甲烷，这是该过程的两种常见前体。
海洋微生物学家、该研究的合著者西娜·肖恩(Sina Schorn)说，她和她的同事对这样一个事实感到惊讶:“这些真正常见的甲烷生产途径，传统的使用非常简单的有机分子形成甲烷的途径……在海草生态系统中完全不存在。”
然后，他们通过分析大洋彼岸沉积物样本的宏基因组，探索了哪些微生物生活在这些栖息地。通过观察16S rRNA基因序列，研究小组描述了那里细菌和古细菌群落的组成。Schorn说，基于甲烷通量的量化和“形成甲烷的高潜力”，她和她的同事们预测，沉积物古菌群落——唯一拥有产甲烷菌的区域——将“充满产甲烷菌”。但与他们的预期相反，他们发现在所有的古菌16S rRNA序列中，只有不到2%的分类群被认为是经典的产甲烷菌。
肖恩指出，这一低百分比可能表明存在一个“非常多样化的产甲烷菌群落”——也就是说，并不是一个只由那些描述良好的产甲烷菌组成的专门群落——这可能受到这些植物中微生物可以食用的各种化合物的青睐。
这种微生物多样性也得到了该小组对甲基辅酶M还原酶A (mcrA)基因编码的研究结果的支持，mcrA是甲烷生成的关键。他们可能从经典的产甲烷菌中恢复了一些序列，但大多数序列都与未培养的Helarchaeota门的mcrA基因聚集在一起，这是几年前才发现的阿斯加德超级门的一员。
mcrA在这一群体中的作用仍有争议。根据其基因组，研究人员假设Helarchaeota中的mcrA参与碳氢化合物(如丁烷)的氧化，而不是甲烷生成。然而，鉴于在这些沉积物中没有发现丁烷，并且根据他们报告的高甲烷产率，Schorn说:“在发现这些生物的环境背景下，重新考虑这种酶(在Helarchaeota中)的活性绝对是值得的。”
德克萨斯大学海洋微生物生态学家布雷特·贝克(Brett Baker)没有参与这项研究，但他发现了Helarchaeota，并在其基因组中发现了mcrA基因编码。他说，这些发现很有趣，但在这一点上，基于这些微生物的基因组，“如果它们产生甲烷，我真的会感到惊讶，”他说。他假设，即使没有丁烷，这些微生物也可能在利用沉积物中可能存在的其他碳氢化合物。因此，它们的存在仍然可以解释没有假定的产甲烷活动。
马克斯·普朗克小组还观察了不再被活海草覆盖的侵蚀地点，但在那里仍然可以找到海洋巨藻特有的厚泥炭层。他们评估了这些被侵蚀的海草床下的沉积物中是否有任何产甲烷活动，那里的植物可能已经死亡超过25年了。他们发现，死海草沉积物中的甲烷产量与活海草的甲烷产量相似。根据Schorn的说法，这表明“即使在草甸死亡数年后，微生物群落仍然有能力利用[死亡植物组织中仍然有效的化合物]并继续形成甲烷。”
Schorn说，死海草产生的甲烷可能对环境有影响。如果海草草甸死亡——这是我们目前在世界各地经常面临的情况——它们就会失去从大气中吸收碳的重要生态系统功能，但它们仍会继续产生甲烷。因此，根据肖恩的说法，这些生态系统的消亡可能会产生“不良后果”，包括加速全球变暖。