摘要：一氧化二氮（Nitrous oxide或Dinitrogen oxide），又称之为“笑气”，化学式为N2O，是一个非常强大的温室气体。本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：文 | 王海诗（Amphitrite Wong）
一氧化二氮（Nitrous oxide或Dinitrogen oxide），又称之为“笑气”，化学式为N2O，是一个非常强大的温室气体。
本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：
文 | 王海诗（Amphitrite Wong）
本文约2700字，阅读约6分钟
大家或许都听说过温室气体，比如二氧化碳、甲烷和一氧化二氮（N₂O，俗称笑气）。这些气体在大气中累积，会导致气温上升，甚至影响我们周围的自然环境。
在这个现代社会中，全球变暖、气候变化，已经成为了我们日常生活中的重要议题。
一氧化二氮（Nitrous oxide或Dinitrogen oxide），又称之为“笑气”，化学式为N2O。它有个更好玩的俗称，叫做“笑气”，听名字可能让人觉得有点搞笑，但它却是一个非常强大的温室气体。它不仅能加剧全球变暖，还有能力破坏臭氧层。尽管它的浓度并不高，但其温室效应比二氧化碳强得多。科学家们正致力于找到减少笑气排放的有效方法。
位于大西洋海洋中脊的深海热泉“黑烟囱”。这种热泉通常位于海底火山活动区域，热水喷发带有丰富的矿物质，形成独特的“黑烟”现象。图中的热泉位于深海热液喷口区域，周围环境复杂，常常吸引多种深海生物如管虫和螃蟹栖息在此。图源：NOAA
而最近，科学家们在深海热泉中发现了一类神奇的细菌，它们不仅能够生活在极端的环境中，还能够有效地减少笑气的排放。这一发现为我们解决环境问题提供了新的希望。
让我们从笑气说起。笑气是一种气体，虽然它的名字听起来有点儿轻松，但它的危害可不容小觑。笑气在地球大气中的浓度虽然远低于二氧化碳，但它的温室效应是二氧化碳的273倍。也就是说，即使笑气的数量少，但它对地球气温的影响却非常大。
另外，笑气还会破坏臭氧层，使得紫外线变得更加强烈，影响我们生物的生存环境。
笑气的排放源有很多，其中农业和工业排放是主要的来源。农业使用化肥时，土壤中的微生物会把氮转化为笑气。在海洋和深海中，微生物的活动同样会导致笑气的产生。
所以，科学家们一直在寻找方法，如何将这些有害的笑气转化为无害的气体，减少它对环境的危害。
位于大西洋中脊洛伽奇夫热泉区的“烛台”黑烟囱，水深约3300米。这种黑烟囱是深海热泉的一种特殊形式，喷发出富含矿物质的热水，形成黑色烟雾，周围的生物群落常因热泉的化学物质和温暖的环境而繁荣生长。来源：MARUM − Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen（CC BY-SA 4.0）
你可能会想，既然笑气这么可怕，为什么不能简单地把它抓起来处理掉呢？
其实，笑气的减少并不是一件简单的事情。我们知道，笑气是通过微生物的代谢过程生成的，而微生物的种类繁多，每种微生物在不同环境下有不同的行为。
特别是在深海热泉这样的极端环境中，微生物的行为更加复杂。
深海热泉是海底的一种特殊环境，水温非常高，甚至可以超过100摄氏度，而且水中充满了化学物质。在这种极端环境中，依然有很多微生物能够繁衍生息，它们通过不同的方式获取能量，维持生命。这些微生物的生活方式，常常是科学家们研究的重点。
2024年12月的一篇最新研究显示，科学家们在日本的冲绳海沟发现了一种来自深海热泉的细菌，它的名字叫做Nitrosophilus labii HRV44T。
Tsuchiya, Jiro, et al. 图
这是一种非常特殊的细菌，它生活在高温、无氧的环境中，甚至可以把笑气转化为氮气。这项发现对于解决全球变暖问题，尤其是减少笑气的排放，提供了新的希望。要知道，笑气转化为氮气的过程，是地球上唯一自然发生的笑气消除过程。如果能够找到更多能够进行这种转化的微生物，或许就能为减少温室气体排放找到一条可行的道路。
那这项研究，究竟是怎么进行的呢？
首先，研究人员想了解Nitrosophilus labii HRV44T是如何在深海热泉中生活的。为了研究它们如何减少笑气，科学家们对这种细菌进行了详细的分析。他们使用了转录组分析和蛋白质组分析的方法。这两种技术可以帮助科学家了解细菌在不同环境下基因的表达情况，也就是细菌的“基因活跃情况”。这就像是给细菌做了一次全面的体检，看看它们在笑气存在时的“反应”是什么。
通过实验，科学家们发现，Nitrosophilus labii HRV44T在没有笑气的情况下，某些与反硝化过程相关的基因已经在“默默工作”了。
反硝化作用是微生物的一种生物化学过程，它通过将氮化合物还原成氮气，来获得所需的能量。而对于Nitrosophilus labii HRV44T来说，这个过程的关键就在于笑气的还原。
简而言之，当笑气进入这个细菌的体内时，它会通过一系列的反应，将笑气转化为无害的氮气。这是一个非常重要的过程，因为它不仅有助于减少大气中的笑气，还能为深海热泉的生态系统提供稳定的能量来源。
不过，事情并没有这么简单。科学家们发现，在实验过程中，Nitrosophilus labii HRV44T并不是通过直接增加与笑气还原相关的基因表达来减少笑气的。而是通过调节细胞内部的电子传递系统来提高笑气还原的效率。电子传递系统就像是细胞的“电路板”，通过传递电子来维持细胞的能量平衡。科学家们注意到，在笑气的存在下，Nitrosophilus labii HRV44T的电子传递系统会发生改变，从而提高其还原笑气的能力。
不仅如此，研究人员还发现，Nitrosophilus labii HRV44T的基因表达是由一类特殊的转录因子来调节的。转录因子就像是细胞的“指挥官”，负责指挥基因的开关。在这项研究中，科学家们发现了一类叫做Crp/Fnr的转录因子，它在细菌对笑气的反应中起着非常重要的作用。通过分析，科学家们发现这些转录因子能够调控与笑气还原相关的基因表达，进一步优化笑气的还原过程。这项发现对我们了解细菌如何应对笑气，提供了新的线索。
这个研究的结果非常有意义。为什么呢？因为首先，它帮助我们更好地理解了深海热泉中微生物如何在极端环境下生活和工作。Nitrosophilus labii HRV44T能够在高温、无氧的环境中繁衍生息，并且通过高效的笑气还原过程，帮助减少环境中的温室气体。这一过程不仅对减少笑气排放有帮助，也有助于保护深海热泉的生态系统。
而且，这项研究也为未来的气候变化应对提供了新的思路。虽然笑气的排放是一个全球性的问题，但如果我们能够找到更多像Nitrosophilus labii HRV44T这样的微生物，并通过生物技术手段来提高它们的活性，那么，就有可能为减少笑气排放提供一种可行的解决方案了。未来，随着基因工程和微生物培养技术的进步，或许科学家们可以培育出更加高效的笑气“清除工”，让这些细菌成为应对气候变化的重要武器。
这项研究还为我们探索地球上其他极端环境中的微生物提供了新的启示。深海热泉是地球上最极端的环境之一，但是在“亚历山大”的情况下，细菌们在这里生存并繁衍生息，发挥着巨大的生态作用。科学家们通过研究这些微生物，或许能发现更多能够帮助我们解决环境问题的生物资源。未来，微生物学可能会成为气候变化应对策略中的一个重要方向。
微生物的奇妙能力，再一次证明了自然界的伟大与神秘。这项关于深海热泉细菌的研究，不仅为我们提供了新的思路，帮助我们理解了笑气还原的过程，还为气候变化应对提供了新的解决方案。在不久的将来，人类或许能通过这些微生物，找到更多应对气候变化的有效方法，来帮着应对气候变化。
感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看该研究的原文：
Jiro Tsuchiya, Sayaka Mino, Fuki Fujiwara, Nao Okuma, Yasunori Ichihashi, Robert M. Morris, Brook L. Nunn, Emma Timmins-Schiffman, Tomoo Sawabe. Time course transcriptomic profiling suggests Crp/Fnr transcriptional regulation of nosZ gene in a N2O-reducing thermophile. iScience, 2024; 27 (11): 111074 DOI: 10.1016/j.isci.2024.111074
海洋与湿地
专栏作者
（注：本文仅代表资讯或者作者个人观点。不代表平台观点。欢迎留言、讨论。）
资讯源 | iScience
编译 | 王海诗（Amphitrite Wong）
编辑 | LindaWong
排版 | 绿叶
王 海 诗
Amphitrite Wong
【作者简介】王海诗（Amphitrite Wong）是一名热爱海洋的环境观察青年，求知、好学和热爱探索。关心海洋生物、环境健康以及人类健康。长期关注全球海洋治理、海洋生物多样性保护、海洋污染问题、可持续渔业、以及社区粮食安全等议题，并努力通过分享知识和实际行动让更多人了解海洋保护的重要性。
【引用本文】
王海诗.从深海到大气，细菌如何为地球降温？.海洋与湿地.2024-12-15
全球环境治理·海湿专栏作者
Youth Perspective on Global Environmental Governance
上图：沉船生态。©摄影：王敏幹教授（Prof.John MK Wong） | 绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）
【参考资料】
https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2589004224022995
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241212120227.htm
https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(24)02299-5
来源：中国绿发会
