碳元素是地球生命的基石。在漫长的进化过程中，生物掌握了制造不同种类碳化合物的方法。然而，除了元素碳，这些碳化合物还包含氢、氮等其他元素。此前，学界并不认为生物能直接生产纯碳。
微生物群释放的黑色物质，大部分是无定形碳。
元素碳是有机碳化合物在无生物影响的情景下形成的。例如，深埋于地下的木材首先在高温作用下变成煤；随着压力和温度的升高，原煤逐渐转化为含碳量极高、结晶形式的无烟煤和石墨；当它们燃烧时，又会产生无定形碳组成的煤烟。
15年来，德国不莱梅大学的科学家Gunter Wegener博士一直从事微生物培育研究。他所培育的微生物通过消耗甲烷来产生所需的能量，属于与细菌共生的古生菌。不久前，研究人员发现，这些微生物群的外观非常黯淡，甚至呈现出黑色。起初，研究人员将部分黑色物质描述为金属硫化物。
美国弗吉尼亚理工大学研究人员Kylie Allen博士和Robert White教授用有机溶剂，从Wegener博士实验室的样本中提取了甲烷氧化培养物。分析测试结果表明，残留的黑色物质并不能被强酸或强碱溶解。White教授说：“我们使用其他方法进行了分析，最终确定它是一种无定形纯碳。”
这些碳从何而来？White教授等排除了纯化学来源的可能性。接着，他们向培养液中注入同位素标记的碳，对其在整个过程中的行为进行了追踪。Wegener博士说：“最终，我们证实元素碳确实来自甲烷氧化古生菌。”
由此，更多的疑问出现了。元素碳是如何形成的？元素碳的形成过程通常涉及高温、高压条件，而培养基并不具备这两种条件。Allen博士表示：“对科学家而言，生物形成元素碳的方式是全新的研究领域。古生菌中很可能存在某些完全不为人知的新反应。至今，我们仍然不清楚哪些生化反应和酶在成碳反应中发挥了作用。”
古生菌为什么要制造元素碳？研究人员也没有找到这一问题的确切答案。Wegener博士推测：“元素碳是良好的导体，碳可能是古生菌维持它们与伴生菌之间共生关系的关键。”此外，自然界中有多少元素碳是由微生物提供的，这也是个未解之谜。“考虑到碳能长期留存在沉积物中，我们的发现可能揭开了一个未知的天然碳汇。”
编译：德克斯特 审稿：西莫 责编：陈之涵
期刊来源：《科学进展》
期刊编号：2375-2548
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