斯坦福大学的研究人员已经在中美洲和南美洲沿海低氧地区的微生物中发现了一种无处不在的酶的多种形式。
斯坦福大学的研究人员在一种微生物中发现了一种令人着迷的基因异常，这种异常可能会对海洋碳储存产生重大影响。这些微生物，通常被称为蓝绿藻或蓝藻，有两种不同形式的普遍存在的酶，很少出现在同一个生物体中。
斯坦福大学杜尔可持续发展学院地球系统科学助理教授、11月25日发表在《美国国家科学院院刊》上的研究报告的资深作者安妮·德卡斯说：“这是科学研究中那些伟大的例子之一，你出去寻找一件事，但你最终发现了其他更好的东西。”
数十亿年前，远在植物出现之前，蓝藻细菌就发明了氧气光合作用。在利用二氧化碳和阳光生产食物的过程中，广泛存在的微生物将氧气释放到空气中，使我们星球的大气层适合今天地球上各种生命的生存。“蓝藻可以说是地球上最重要的生命形式，”Dekas说。“它们使地球大气含氧，引发了一场生物革命。”
像植物一样，蓝藻细菌使用一种叫做二磷酸核酮糖羧化酶（RuBisCo）的酶将二氧化碳转化为生物质。RuBisCo是自然界中最丰富的蛋白质之一，有几种形式：最常见的类型，称为形式I RuBisCo，通常使用一种称为羧基体的结构与二氧化碳选择性反应，而不是与氧气反应，使光合作用有效地进行。生物体中有一种不太常见的酶，被称为II型酶，缺乏羧基体，可以在氧气匮乏的环境中有效地从二氧化碳中产生生物量。
通常，生物体只有一种形式的RuBisCo，首席作者亚历克斯·贾菲说，他是地球系统科学的博士后学者。因此，当他在研究海洋微生物的碳固定作用时，碰巧发现了一个例外时，他感到很惊讶。贾菲在分析中南美洲海岸深水海水样本的DNA时，注意到一些浅水DNA样本不小心溜了进来。他发现这些样本中的蓝藻似乎具有两种RuBisCo形式的基因。“我最初的反应是，这可能是错误的，”贾菲说。
进一步的研究证实，这两种形式的酶都存在，并积极地用于浅水蓝藻的光合作用，尽管还需要额外的测试来了解蓝藻如何使用这两种形式。“有了两个版本，”贾菲说，“比起只有一个版本，它可能让你从水中去除更多的二氧化碳，或者可能更有效地做到这一点。”
在样本起源的地方，效率可能是生存的关键，在地表以下50到150米的氧气最少的区域，氧气和光线都很缺乏。“在那里生活非常困难，”德卡斯说。“对于光合生物来说，当光线不足时，能量就会减少。”
这一发现可以帮助科学家预测，随着气候变化扩大低氧区，海洋吸收碳的能力可能会发生怎样的变化。一些蓝藻具有两种形式的RuBisCo的发现表明，它们可能比以前理解的更有效地储存碳，并可能随着氧气最小区的扩大而增殖。
如果两个rubisco确实比一个好，这一发现也可能导致更有效的作物生产。几十年来，研究人员一直试图设计I型RuBisCo，以使作物用更少的肥料和水长得更多。贾菲说：“我们期待着与从事植物工程方面工作的人继续思考这个问题，看看它是否会产生一些成果，无论是字面上还是隐喻上。”
这些发现让贾菲对生命适应挑战性环境的能力有了新的认识。他说：“尽管这些基因是生物体新陈代谢的核心，但实际上它们非常灵活，可以以我们意想不到的方式重新配置和洗牌。”
