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近日，中國科學(xué)院海洋研究所深海中心孫衛(wèi)東課題組在生命起源領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊利用高溫高壓實驗證明了氮氣可以快速參與蛇紋石化過程并生成大量氨氣，結(jié)合團(tuán)隊前期研究，證明了地球早期在巖漿海后期，蛇紋石化導(dǎo)致地球大氣由“二氧化碳+氮氣”轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍睔?甲烷”，在閃電作用下可以合成大量氨基酸，在超臨界水+二氧化碳層形成氨基酸濃湯，是生命起源的關(guān)鍵。相關(guān)研究成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)通報》上。
生命起源問題是自然科學(xué)最重要的科學(xué)問題之一，對研究宜居星球和發(fā)現(xiàn)地外生命具有重要指導(dǎo)意義。著名的米勒-尤列實驗在1953年證明甲烷、氨氣、氫氣和水蒸氣在電火花作用下可以產(chǎn)生大量氨基酸，邁出了從無機物到生命所需有機物的第一步，這一反應(yīng)被認(rèn)為是生命起源最重要的前置反應(yīng)之一。然而，傳統(tǒng)認(rèn)為冥古代地球大氣主要成分是二氧化碳和氮氣，缺乏甲烷和氨氣，在中性大氣里氨基酸合成效率將大大降低，米勒-尤列反應(yīng)受到限制，氨基酸能否在原始大氣中大量合成存在爭議。
冥古代地表氨基酸濃湯形成的模型圖 海洋研究所供圖
針對冥古代地表氨基酸合成缺乏關(guān)鍵原料——氨這一問題，孫衛(wèi)東課題組進(jìn)行了蛇紋石化合成氨的高溫高壓水熱實驗，研究“橄欖巖-水-氮氣（-二氧化碳）”體系在冥古代地表溫壓條件下的反應(yīng)，以此證明氮氣參與蛇紋石化合成氨過程，進(jìn)而對生命起源過程中氨的來源提供啟示。
研究證明，在冥古代地表可以廣泛發(fā)生蛇紋石化合成氨過程，保守估算，該過程每年可以為地表系統(tǒng)提供超過1015g數(shù)量級的氨。基于上述研究結(jié)果，研究人員提出，在冥古代地表廣泛的蛇紋石化作用下，氫氣、甲烷和氨大量生成，在閃電作用下形成氨基酸濃湯，為生命起源提供了適宜環(huán)境，這對于理解早期大氣演化和前生物合成反應(yīng)具有重要意義。
https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.04.038