随着纳米科技的飞速发展，纳米材料不断地走进人们地生活。其中，人工碳纳米材料（主要包括碳纳米管、石墨烯和富勒烯）是使用最多的纳米材料之一。碳纳米材料因其独特的化学、光学、电学及磁学性质，广泛地应用于运动保健、电子器件、化妆品及纺织领域。碳纳米材料在加工、使用和处理过程中不可避免地进入到环境中，可能给生态环境及人类健康带来危害。因此，纳米材料在环境中的迁移、转化及毒性成为目前环境科学研究的热点之一。
地科院张坚超老师与北京大学陆雅海教授合作，研究碳纳米材料对湿地生态系统微生物功能的影响。通过模拟实验发现，碳纳米管能够显著加速湖泊底泥（包括城市水体及自然水体）的甲烷释放，促进效率达30%-102%。据了解，湿地生态系统中的甲烷主要由产甲烷古菌的代谢活动所产生；但是大量的研究表明碳纳米管对微生物细胞具有显著的毒性，能够通过产生自由基及细胞刺穿等机制伤害细胞。该研究团队随后通过富集培养获得湖泊底泥的产甲烷微生物群落（包括多种细菌与古菌）。实验发现，碳纳米管同样促进了富集培养物的产甲烷速率，而且没有发现其他文献报道的细胞损伤。
该研究团队进一步利用纯菌对其机理进行研究。研究发现碳纳米管及石墨烯并没有促进Methanococcus Maripaludis（产甲烷古菌）的甲烷产生，但是促进了M. Maripaludis与Syntrophomonas wolfei（互营单胞菌）互营体系的甲烷产生。另外，研究还发现导电性较差的高岭石对该互营产甲烷体系（S. wolfei-M. Maripaludis）的产甲烷速率没有影响。根据现有的理论：该互营体系主要以氢气或甲酸作为电子的载体并通过扩散作用进行种间的电子传递，最后完成产甲烷过程。该研究团队推测互营产甲烷体系中（S. wolfei-M. Maripaludis）可能存在着种间直接电子传递（Direct interspecies electron transfer）的新机制，电子通过碳纳米材料作为导线进行直接传导。
该研究结果为碳纳米材料的环境效应及生物毒性研究提供了新的思路，并为微生物互营产甲烷体系的电子传递研究提供了重要的工作基础。此项工作发表在Scientific Reports（2018）8:12185上，张坚超博士为共同第一作者。此成果获得国家重点研发计划的资助。目前该成果得到国际著名环境微生物学家Derek Lovley及Mike Jetten的关注与推送。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41598-018-30745-7
