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生命起源是最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題之一。深海熱液系統(tǒng)被認為是生命起源的潛在場所，是探索地外生命的重要關(guān)注點，為早期地球前生命化學(xué)反應(yīng)提供了理想的物質(zhì)和能量，驅(qū)動了非酶催化條件下有機小分子的形成。礦物催化的有機聚合反應(yīng)，為后續(xù)復(fù)雜生物分子的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)，推動了生命從簡單有機分子到復(fù)雜功能結(jié)構(gòu)的演變，導(dǎo)致早期生命形式出現(xiàn)。近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所副研究員南景博、深?？茖W(xué)與工程研究所研究員彭曉彤，聯(lián)合北京高壓科學(xué)研究中心、荷蘭烏得勒支大學(xué)等國內(nèi)外單位的科研人員，報道了西南印度洋脊巖石圈地殼中的非生物成因有機質(zhì)，闡述了有機質(zhì)在分子層面的形成機制，揭示了自然界非生物有機合成的關(guān)鍵路徑。相關(guān)研究成果以封面論文形式發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。解析大洋巖石圈中非生物成因有機質(zhì)的形成過程，是探討地球深部碳循環(huán)、極端環(huán)境生物圈能量來源以及前生命過程和生命起源等前沿科學(xué)問題的關(guān)鍵。前人針對巖石圈地幔中不同類型的非生物成因有機質(zhì)進行研究發(fā)現(xiàn)，它們常賦存在俯沖帶及洋中脊等水-巖相互作用劇烈的區(qū)域，其中特殊的含鐵催化性礦物對這些有機質(zhì)的形成至關(guān)重要。然而，對于這些礦物表面有機合成途徑的機理研究相對較少。若要準(zhǔn)確識別巖石中的非生物有機質(zhì)并為尋找地外生命痕跡提供依據(jù)，深入的分子層面的非生物有機合成機理研究尤為重要。為此，該團隊通過研究“深海勇士”號載人潛水器獲取的玄武巖樣品，報道了在西南印度洋脊淺部洋殼中微米尺度賦存的非生物成因有機質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了這些有機質(zhì)與針鐵礦等水巖反應(yīng)的產(chǎn)物具有密切的空間相關(guān)性?？蒲腥藛T利用多模態(tài)微區(qū)原位分析技術(shù)，如電子顯微鏡、飛行時間二次離子質(zhì)譜儀及光誘導(dǎo)力-納米紅外光譜儀等，綜合確認了有機質(zhì)中特征生物分子官能團缺失，并揭示了其非生物成因。以此為基礎(chǔ)，該團隊結(jié)合密度泛函理論計算，提出了針鐵礦在分子尺度對于非生物有機質(zhì)催化合成的重要性。其中，熱液流體中的氫氣在針鐵礦表面的催化循環(huán)，對二氧化碳的初始活化和有機質(zhì)聚合過程中的碳鏈生長起到關(guān)鍵作用。這一研究開創(chuàng)性地將基于高精度微區(qū)分析的密度泛函理論計算應(yīng)用于天然非生物有機合成過程，剖析了洋中脊這一關(guān)鍵自然實驗室中非生物有機質(zhì)的形成機理。該研究為探討礦物參與自然有機催化反應(yīng)奠定了基礎(chǔ)，并為在其他天體熱液系統(tǒng)識別生命痕跡提供了參考。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、歐洲研究理事會啟動基金和荷蘭研究理事會基金的支持。論文鏈接“深海勇士” 號載人潛水器西南印度洋脊洋殼中微米級的非生物成因有機質(zhì)及周圍針鐵礦的掃描電子顯微鏡照片