甲烷（CH₄）是一種主要的溫室氣體，其全球變暖潛力僅次于二氧化碳（CO₂）。其20年的全球變暖潛力約為CO₂的84倍（Brown等人，2023年）。在自然和人工生態系統中，甲烷的厭氧生物轉化是維持生態系統穩定和減少溫室氣體排放的關鍵機制（Kroeger等人，2020年）。DAMO利用CH₄和NO₃^-/NO₂^-作為電子供體和受體，同時實現CH₄的還原和氮的去除。這種獨特的代謝途徑將厭氧碳循環和氮循環聯系起來（Raghoebarsing等人，2006年）。自發現以來，DAMO已成為微生物生態學、生物地球化學和環境工程交叉領域的前沿課題，為低碳污染控制和氣候變化緩解提供了新的范例。

經典的理論認為DAMO過程涉及兩種不同功能微生物的協同代謝：一種是由NC10門細菌組成，模式物種為Candidatus Methylomirabilis oxyfera（Ca. M. oxyfera）（Ettwig等人，2008年）。其基因組編碼了完整的顆粒狀甲烷單加氧酶（pMMO）及其下游代謝途徑。通過一氧化氮（NO）的歧化（2NO → N₂ + O₂），它在細胞內生成氧氣，使CH₄能夠“內源性有氧氧化”，同時將NO₂^-還原為氮氣（N₂）（Echeveste Medrano等人，2025年）。另一種是由ANME-2d古菌組成，代表物種為Candidatus Methanoperedens nitroreducens（Ca. M. nitroreducens）（Haroon等人，2013年）。這種古菌通過反向甲烷生成途徑氧化CH₄，并利用硝酸鹽還原酶（NarGHI）將NO₃^-還原為NO₂^-；然而，它缺乏NO₂^-還原所需的基因，因此必須與NC10細菌形成“兩步”協同代謝。古菌提供NO₂^-，而細菌完成后續的還原和CH₄氧化，從而避免NO₂^-積累造成的毒性抑制（Echeveste Medrano等人，2024年）。這一傳統理解長期以來主導了DAMO的基礎研究和應用探索。

隨著宏基因組學-轉錄組學整合、靶向富集培養和反應器工程技術的突破，DAMO領域的研究進展已經遠遠超越了經典理論的界限。在微生物代謝水平上，來自NC10細菌的Candidatus Methylomirabilis sinica（Ca. M. sinica）已被證實能夠獨立完成從NO₃^-到N₂的完整反硝化過程（Yao等人，2024年），推翻了“兩步”代謝模型。DAMO細菌并不像傳統認為的那樣完全不產生N₂O（Tan等人，2023年）。NO₂^-濃度閾值會觸發NorZ基因的表達，從而通過NO?→?N₂O轉化來避免有毒中間產物的積累，形成“應激分流機制”。然而，N₂O的最終還原依賴于與Methyloversatilis等協同微生物的相互作用（Lv等人，2024年；Tan等人，2023年），這突顯了其在溫室氣體調節中的復雜作用。ANME-2d古菌演化出了專門的代謝策略，如乙酸產生和DNRA（Wang等人，2025年）以及EET。它們還可以與硫酸鹽還原細菌（SRB）合作，完成依賴硫酸鹽的CH₄氧化，從而連接碳、氮和硫循環（Nie等人，2021年；Wei等人，2022年）。特別重要的是在ANME-2d古菌中發現的ECEs，包括巨大的線性Borgs和小型mini-Borgs（Al-Shayeb等人，2022年；Shi等人，2024年）。這些元件攜帶與CH₄氧化和電子轉移相關的基因，顯著增強了宿主的適應能力。生態位分化塑造了DAMO微生物的獨特生理特征。這種分化的核心驅動因素包括NO₂^-濃度（Ca. M. oxyfera適應低濃度，而Ca. M. sinica適應高濃度）和溶解氧（DO）水平。這種分化使細菌更傾向于占據過渡性生態位，而古菌則局限于穩定的厭氧微環境。DAMO古菌和細菌在氧氣耐受性和生態位分化方面的差異構成了它們在自然和人工環境中的核心分工基礎。盡管這些現象在不同研究中分別被報道，但尚未被整合到一個系統的認知框架中。目前的綜述大多關注單一微生物群體或特定代謝途徑，缺乏對DAMO微生物多維適應策略的總體解釋。

因此，本文系統地總結了DAMO細菌和古菌的核心生理功能，強調了DAMO細菌多樣的氮轉化途徑，以及EET、產酸代謝和染色體外元件（如Borgs）在DAMO古菌中的功能作用。同時討論了未來的研究需求和方向，旨在加深對DAMO微生物生理和代謝多樣性的理解。