甲蟲獨特腸胃結構與消化系統，將助木材生質能一臂之力
甲蟲除了是自然界食腐木的益蟲、家中另類的寵物夥伴，最近美國能源部伯克利實驗室更指出，透過研究甲蟲特殊的腸胃系統與腸內微生物消化方式，木材生質能發展速度將大幅提高。
為了找出生物將木材轉換成能量的秘訣，科學家已不是第一次將研究目標瞄準蛀木生物，像是先前報導的蛀木水蝨（Gribble）與白蟻就是一例。這是因為木材中的生物質、木質素等含氮量低且難以分解，科學家得耗費大量能量與成本才能轉換成燃料，若能知道蛀木生物消化木材的方法，說不定就可以提高生質能轉換效率。
而此次伯克利實驗室研究的是美國東部常見的甲蟲黑艷蟲 Odontotaenius disjunctus，該團隊研究發現，這種黑艷蟲的排泄物含氮量比原有木材或是木屑還要多 3 倍，這代表黑艷蟲的腸胃（或是其中的微生物）會在消化過程中產生氮氣；且還發現該甲蟲會將木質素和纖維素轉換成富含醋酸的元素，以及氫、乙醇和甲烷等生物燃料。
（Source：Flickr/Katja Schulz CC BY 2.0）
若成功破解該甲蟲的消化謎團，對生質能將大有裨益，對此，伯克利實驗室團隊已運用分子生物學工具、光譜儀和微型感測器加以深入研究，發現該甲蟲的腸道由不同的腔室（compartment）組成，每個腔室都有不同的微生物進駐，就像是工廠不同的生產部門一樣。
顯然該甲蟲可運用特殊的生物化學系統將木材轉換成食物與燃料，伯克利實驗室氣候與生態科學部副主任 Eoin Brodie 表示，一般來說分解木質素的過程需要氧氣，然而像是提供生物養分的發酵過程則需要在無氧環境中，那麼這些甲蟲是如何解決這一大問題的呢？
神奇的腸道結構與消化機制
伯克利實驗室科學家兼論文第一作者 Javier Ceja-Navarro 指出，隨著演化，甲蟲的腸壁長度與厚度等結構已相當適合微生物生存，這讓不同腔室會存有不同的代謝過程。
研究指出，甲蟲的中腸（淺藍色）會分解木質素與纖維素等植物聚合物，並在前腸部位（咖啡色）發酵，其中前腸含有固定氮（fixed nitrogen）氣體，且代謝過程會生成甲烷跟氫氣，至於後腸（膚色）也是負責分解聚合物的地點，最終再排放出富含醋酸鹽、乙醇和苯甲酸鹽的排泄物。
雖然乍看之下結構與運作很簡單，但這也是經過長期的演化而來，研究指出在甲蟲的腸道中，好氧反應與微生物所在的厭氧區域是被隔離開來的，且該團隊也表示，甲蟲的腸道結構還可以防止氫氣飄散，進而產生醋酸鹽養分。
Ceja-Navarro 表示，未來團隊將能模擬甲蟲腸道以及微生物的消化方式，研發人工「消化系統」以加速木材生質能進展。
（首圖來源：Flikcr/Christopher Kray CC BY 2.0）