进入21世纪后，人们逐渐意识到生物甲烷的形成过程远比这个故事复杂得多。产甲烷古菌并不是唯一能够产生甲烷的细菌，而且反应条件并不局限于缺氧环境。从藻类和蓝藻到多细胞真菌和植物，越来越多的证据表明多种需氧生物都可以产生甲烷。但这些生物体究竟如何产生甲烷仍然未知。
在本周发表在《自然》 杂志上的一项新研究中，德国海德堡大学领导的一个团队提出了一个改变游戏规则的想法：所有生物，包括人类，都是甲烷的产生者。这一结论不仅让我们重新认识甲烷在生命过程中的作用，也将为许多领域带来新的见解。
早在8年前，该团队就在论文《自然·通讯》中描述了通过非生物途径产生甲烷的三步过程。简单来说，这个反应不需要酶的参与，主要原料只有三种：活性氧（ROS）、游离铁和合适的甲基供体。
整个反应过程并不复杂：首先，ROS（该反应使用过氧化氢）与亚铁离子反应，产生高度还原的羟基自由基（·OH）；然后，羟基自由基与甲基供体反应，形成甲基自由基(·CH3)；最后，甲基自由基与氢自由基(·H)结合生成甲烷分子。
在实验室揭示了这种甲烷生成过程后，研究小组提出了一个大胆而有趣的想法。在活体中，这些原料并不少见（例如，包括过氧化氢在内的ROS也在细胞中不断产生和释放，游离铁和甲基供体也是常见的代谢产物），细胞环境也与上述有关实验室反应条件相似。那么，这种产甲烷过程也能发生在生物体中吗？
这种无需酶参与就能产生甲烷的反应，展示了细胞内的过程（图片来源：参考文献[2]）
在最新的研究中，研究团队首先使用枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）来测试这一猜想。该细菌的生命周期由两个状态组成：休眠和生殖生长，因此可以将其作为对照来研究代谢过程是否可以产生甲烷。
实验结果非常明确：在含有甲基供体二甲亚砜（DMSO）的培养基中，在没有任何酶参与的情况下，枯草芽孢杆菌在生殖生长期且代谢旺盛时能够持续产生甲烷，而在休眠期细菌不产生甲烷。
随后的控制变量实验表明，这些细菌可用的甲基供体和游离体的含量在调节最终甲烷产量方面也发挥着重要作用。特别值得注意的是，除了新陈代谢更强之外，当氧化应激发生时，即过量的ROS导致细胞无法维持氧化还原平衡，细菌甲烷的产生也会增加。
进一步的实验证实，不仅仅是枯草芽孢杆菌可以通过这个过程产生甲烷。从以前被认为不会产生甲烷的其他古细菌，到酵母和粘菌等真菌；从代表植物界的葡萄到人类来源的细胞系（人胚胎肾细胞），它们都可以在DMSO培养基中产生甲烷，并且在氧化应激条件下甲烷产量更高。因此，研究表明，也许所有经历新陈代谢的生物体都可以通过这个普遍的过程在其细胞内继续产生甲烷。
实验室中不同生物细胞产生的甲烷浓度（图片来源：参考资料[1]）
如果这一猜想最终得到证实，那么一系列的生命活动有望得到新的解释。在生物体中，当新陈代谢产生的ROS大量积累时，可能会对DNA、RNA和蛋白质等重要分子造成损害。这个新发现的过程可能是消除多余ROS的一种方法。
论文通讯作者之一、海德堡大学教授Frank Keppler 表示：“我们的发现将成为理解有氧甲烷产生的里程碑。这种一般机制也将解释之前在植物中观察到的现象。”
值得注意的是，在之前的研究中，即使是同一个生物体，不同个体的甲烷产量也可能存在几个数量级的差异。最新研究揭示的机制或许可以解释这一现象。 ——产生极高的甲烷可能是因为个体正在进行活跃的代谢活动。
可以说，这一意外的发现在广泛的领域都具有重大意义。在医学上，细胞中过量的甲烷以及通过组织扩散可以表明细胞应激、氧化还原失衡等。“呼吸中甲烷的波动可以反映氧化应激水平或指向免疫系统，”开普勒教授说。在气候领域，目前还不清楚这一过程产生的甲烷是否会对全球气候产生影响。但我们很清楚，这种常见气体的发现将为我们了解自己和世界打开一扇全新的窗户。
