一探蛀木生物消化系統之謎,有助加速木質生質能轉換速度

作者 | 發布日期 2018 年 12 月 16 日 15:00 | 分類 生物科技 , 能源科技 follow us in feedly


人們總是能從大自然中尋找靈感,像是英國約克大學科學家便認為海中甲殼動物蛀木水蝨(Gribble)的消化方式或許對生質能大有幫助,說不定可加速木材、紙張或稻草轉化成生質燃料的速度。

蛀木水蝨是種以木頭為食物的海中生物,哪裡有木頭就往哪裡跑,牠們會鑽入木材或植物中,消化木材並從中獲得生存所需的醣分,雖然可以減少漂流木對海洋的衝擊,但牠們有時也會造成大麻煩,木造船或是碼頭可能都會遭殃。

而這種小動物為什麼能分解並消化木質素一直以來都是個生物謎團,約克大學生物系教授 Simon McQueen-Mason 表示,蛀木水蝨是目前已知唯一存有無菌消化系統的動物,這樣牠們消化速度比其他以木頭為食的生物還要快,就好比白蟻還得依靠腸道內成千上萬隻微生物來幫忙,才可以順利消化體內的木頭。

其中木質素是常見生物聚合物、由大量碳氫化合物鏈組成,樹木約 25% 為木質素,用來讓纖維素纖維緊密聚集使木材更堅固,只可惜若要將木質素或木材轉換成燃料,科學家得耗費大量能量與成本,若能知道蛀木水蝨消化木材的謎團,將有助於提高生質能轉換效率與加快轉換速度。

(Source:約克大學 )

約克大學團隊研究蛀木水蝨神奇的消化方式已超過 9 年,2010 年他們已發現蛀木水蝨的肝胰腺會分泌消化酶 GH7 到腸內工作,這種酶雖然很常在真菌發現,但這是人們首次在動物體內發現 GH7。而近期約克大學則再度有所突破,團隊透過研究蛀木水蝨的後腸,發現「血藍蛋白(Hemocyanins)」也是牠們消化木材的關鍵鑰匙之一。

血藍蛋白常見於截肢動物或軟體動物,跟人體內的血紅蛋白一樣都是用來運輸氧氣,而研究認為這種活性相當高的化學物質可以加速蛀木水蝨體內的消化率,蛀木水蝨首先會將木材咀嚼成小碎片,之後運用體內大量的 GH7 酶來分解木材並釋放醣。

約克大學團隊指出,血藍蛋白可幫助蛀木水蝨在沒有微生物輔助消化的狀況下,快速將木材與其他植物順利消化,這些發現或許有助於為木質纖維素生質能開闢新道路。

隨著極端氣候狀況愈加嚴重,許多國家都想要利用生質燃料等再生能源實現節能減碳,若使用木材生質能技術並謹慎管理林木來源,將不會產生與民爭食或是環境等問題,生物系教授 Neil Bruce 表示,這一研究可加快木質生質能的產生速度,血藍蛋白的新功用也有助於生物質水解研究,都可為生質燃料與化學品製造提供新的選擇。目前研究已發表在《Nature Communications》。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:Flickr/John Loo CC BY 2.0)