科学家研究了一种奇特以木材为食的甲壳类动物消化系统,发现这种甲壳类动物可能掌握着将木材可持续转化为生物燃料的关键。格里布尔是一种小型海洋无脊椎动物,它们在进化过程中扮演着重要的生态角色,吞噬着从河口流入大海的大量木材。它们也可能是某种海洋威胁,消耗船只和码头的木材,并在此过程中造成相当大的破坏。到目前为止,木质素是一种包裹在构成木材的糖聚合物周围的高度耐蚀涂层,而木质素是如何被啃碎的,这个问题一直是个谜。由约克大学领导的这个科学家团队研究了格里布尔狗的后肠,发现血青蛋白(制造无脊椎动物血液的蛋白质)对它们从木材中提取糖的能力至关重要。
博科园-科学科普:这一发现使研究人员更接近于找到更廉价、更可持续的工具,将木材转化为低碳燃料:一种有望替代煤炭和石油等化石燃料的燃料。血青蛋白是一组蛋白质,它们在无脊椎动物中以类似动物血红蛋白的方式运输氧气。 血红蛋白通过与铁原子的结合与氧结合,使血液呈现红色;血青蛋白通过铜原子产生蓝色来完成这一过程。氧是一种高度反应性的化学物质,格里布尔利用血青蛋白的氧化能力攻击将木材连接在一起的木质素键。来自约克大学、朴茨茅斯大学、剑桥大学和圣保罗大学的研究团队参与了这项研究,发现用血青素处理木材可以使糖的释放量增加一倍以上——与目前工业上使用的昂贵且耗能的热化学预处理释放出的糖量相同。
蛀木水虱在一块木头上,图片:Claire Steele-King and Katrin Besser, University of York来自约克大学生物系的西蒙·麦昆-梅森教授是该研究小组的负责人, 这使得他们的木材消化方法比白蚁等其他木材消耗生物更容易研究,白蚁依靠成千上万的肠道微生物来消化木材。发现格里布尔在使用血青蛋白破坏木质素结构之前,会先把木头嚼成非常小的碎片。GH7酶,真菌用来分解木材的同一组酶,能够分解并释放糖。随着全球采取行动应对气候变化的压力越来越大,许多国家正迅速尝试通过转向生物燃料等可再生能源来减少碳排放。木本植物生物量是地球上最丰富的可再生碳资源,与利用粮食作物生产生物燃料不同,木本植物生物量的使用与全球粮食安全没有冲突。
论文合著者、来自生物学系的尼尔布鲁斯教授说:从长远来看,这项发现可能有助于减少木材预处理转化为生物燃料所需的能源。血青蛋白的纤维素酶增强效果相当于工业上用于生物水解的热化学预处理,这为生物燃料和化学品生产提供了新的选择。该报告的主要作者卡特琳·贝瑟博士补充说:看到大自然如何适应挑战是一件令人着迷的事情,而这一发现进一步证明,血青蛋白具有令人难以置信的多用途和多功能。