甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，很多地方比如稻田、湿地、垃圾填埋场还有反刍动物都会排出大量甲烷，但是这些气体排除之后并没有全部进入大气，一部分被土壤还有沉积物中午微生物吃掉了，那么问题来了，到底是谁在吃？吃了多少？在什么条件下吃得多？

想要算明白这个账，研究者常用的工具里，就出现了一瓶不起眼的小钢瓶——碳13甲烷，化学式¹³CH₄。

一般甲烷是由98.9%的碳12甲烷加上0.1%的碳13甲烷组成，含量非常少，而我们尚澜气体的碳13甲烷的丰度能够达到99%，虽然性质和甲烷一模一样，但是通过质谱仪已检测，就能够明显看到吃进去的碳在谁那里，富集到了什么程度，一目了然。

有一个非常经典的实验，把稻田土、湿地泥、垃圾填埋场覆盖土或者湖泊沉积物装进密封血清瓶，顶空通入5%左右的¹³CH₄，在暗处培养几天到一周。结束后提取总DNA，做氯化铯密度梯度超离——被¹³C标记过的核酸密度更大，会沉到重层。把重层DNA拿去测序，富集出来的菌属，就是这片土壤里真正在活跃消耗甲烷的类群。

多年冻土带甲烷汇、红树林土壤、城市垃圾覆盖土里的甲烷氧化菌群落，很多就是靠这套DNA-SIP流程被鉴定出来的。如果再配合磷脂脂肪酸分析，测C16和C18支链脂肪酸里的¹³C丰度，还能进一步区分I型甲烷氧化菌和II型甲烷氧化菌谁占主导——国内亚热带农业生态研究所在稻田土壤的工作，就是用¹³C-PLFA锁定了I型菌在甲烷碳转化中的主体地位。

第二类是厌氧甲烷氧化，也就是AOM。过去以为甲烷只能在有氧条件下被氧化，后来发现甲烷在缺氧环境下被一类古菌（ANME）和伴生细菌耦合氧化，电子受体可以是硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐，甚至铁、锰氧化物。做实验时把泥水除氧、充入氮气，注入¹³CH₄，再分别补加不同电子受体，最后检测¹³CO₂的生成速率——哪一组有标记碳释放，就说明哪条途径在起作用。泥炭地水位变化、城市湿地缺氧沉积层里NC10门细菌和ANME-2d的生态位分化，近年不少高影响力工作都是这套设计。

第三类是温室气体通量和碳汇定量。甲烷在土壤表层被氧化，一部分碳变成CO₂逸出，另一部分同化成微生物生物量，进入土壤有机碳库。用¹³CH₄培养后，测定土壤有机碳里的¹³C净增量（¹³C-SOC），就能把甲烷氧化驱动的固碳量算出来。

围垦稻田、滨海湿地、多年冻土区都做过这类测定，结果发现好氧甲烷氧化其实是一个被低估的土壤碳汇过程。再往上走一层，利用大气甲烷天然丰度δ¹³C的差异，还能反演全球甲烷来源结构：微生物源（湿地、稻田、反刍动物）偏轻，化石源（油气泄漏）偏重，生物质燃烧源又是另一个区间。

NOAA团队正是靠这条碳13线索判断，2007年以来大气甲烷快速回升主要来自微生物排放增长，而不是化石源。

从稻田土样到北极碳汇，从甲烷氧化菌的物种鉴定到全球大气甲烷收支，¹³CH₄这瓶气做的事情，本质上就是给看不见的碳流装上示踪剂，让微生物在显微镜和质谱图之间留下痕迹，一般而言1L小包装的气体就够一般的科研使用了。