一探蛀木生物消化系统之谜,有助加速木质生质能转换速度

人们总是能从大自然中寻找灵感,像是英国约克大学科学家便认为海中甲壳动物蛀木水虱(Gribble)的消化方式或许对生质能大有帮助,说不定可加速木材、纸张或稻草转化成生质燃料的速度。

蛀木水虱是种以木头为食物的海中生物,哪里有木头就往哪里跑,它们会钻入木材或植物中,消化木材并从中获得生存所需的糖分,虽然可以减少漂流木对海洋的冲击,但它们有时也会造成大麻烦,木造船或是码头可能都会遭殃。

而这种小动物为什么能分解并消化木质素一直以来都是个生物谜团,约克大学生物系教授Simon McQueen-Mason 表示,蛀木水虱是目前已知唯一存有无菌消化系统的动物,这样它们消化速度比其他以木头为食的生物还要快,就好比白蚁还得依靠肠道内成千上万只微生物来帮忙,才可以顺利消化体内的木头。

其中木质素是常见生物聚合物、由大量碳氢化合物链组成,树木约25% 为木质素,用来让纤维素纤维紧密聚集使木材更坚固,只可惜若要将木质素或木材转换成燃料,科学家得耗费大量能量与成本,若能知道蛀木水虱消化木材的谜团,将有助于提高生质能转换效率与加快转换速度。
约克大学团队研究蛀木水虱神奇的消化方式已超过9 年,2010 年他们已发现蛀木水虱的肝胰腺会分泌消化酶GH7 到肠内工作,这种酶虽然经常在真菌发现,但这是人们首次在动物体内发现GH7。而近期约克大学则再度有所突破,团队通过研究蛀木水虱的后肠,发现“血蓝蛋白(Hemocyanins)”也是它们消化木材的关键钥匙之一。

血蓝蛋白常见于截肢动物或软件动物,跟人体内的血红蛋白一样都是用来运输氧气,而研究认为这种活性相当高的化学物质可以加速蛀木水虱体内的消化率,蛀木水虱首先会将木材咀嚼成小碎片,之后运用体内大量的GH7 酶来分解木材并释放糖。

约克大学团队指出,血蓝蛋白可帮助蛀木水虱在没有微生物辅助消化的状况下,快速将木材与其他植物顺利消化,这些发现或许有助于为木质纤维素生质能开辟新道路。

随着极端气候状况愈加严重,许多国家都想要利用生质燃料等再生能源实现节能减碳,若使用木材生质能技术并谨慎管理林木来源,将不会产生与民争食或是环境等问题,生物系教授Neil Bruce 表示,这一研究可加快木质生质能的产生速度,血蓝蛋白的新功用也有助于生物质水解研究,都可为生质燃料与化学品制造提供新的选择。目前研究已发布在《Nature Communications》。