《科学家》杂志AI配图
中国科学家在西南印度洋脊的海洋地壳中发现了无生物有机化合物，为深海碳循环和生命起源提供了新见解，同时对在其他星球寻找生命具有重要意义。
一个中国研究团队在西南印度洋脊的海洋地壳中发现了无生物有机化合物，并提出了一种有机缩合的分子机制。这项发现建立在他们2021年在雅浦海沟的地幔岩石中识别出纳米尺度的无生物有机物质的基础上，标志着我们对深海碳循环和生命起源的理解的一个重大进步，同时揭开了自然界中无生物有机合成的关键路径。
图1. 载人潜水器“深海勇士”号
该团队的研究结果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。南京古生物所的南景博博士是论文的第一作者，中国科学院深海科学与工程研究所的彭晓彤博士为通讯作者。
图2. 西南印度洋脊海洋地壳中微米尺度无生物有机物及其周围针铁矿的扫描电子显微镜（SEM）图像。
生命的起源与深海热液系统
生命的起源是科学界面临的最具挑战性的问题之一。深海热液系统被认为是生命起源的潜在场所，也是寻找地外生命的关键研究焦点。这些系统为地球早期的前生物化学反应提供了理想的物质和能量条件，促进了小型有机分子在非酶催化下的形成。
在此基础上，在矿物催化下的有机聚合反应奠定了更复杂有机化合物生产的基础，促进了由简单有机物到复杂功能结构的进化，最终导致生命形式的出现。
图3. 多模式原位微观分析技术揭示了凝缩碳质物质（CCM）中缺乏特征生物分子功能基团。研究方法与发现
通过对“深海勇士”号载人潜水器（TS-10探险）获得的玄武岩样本进行分析，南景博和他的同事首次在西南印度洋脊的上层海洋地壳中发现了微米尺度的无生物碳质物质。
他们还发现这些有机物质与水岩反应产物之间存在紧密的空间关联，如针铁矿（图2）。
通过使用多模式原位显微分析技术，包括电子显微镜、飞行时间二次离子质谱和与纳米红外光谱结合的光诱导力显微镜，研究人员全面证实了碳质物质中缺乏特征生物分子功能基团（图3），从而揭示了其无生物起源。
图4. 密度泛函理论（DFT）计算揭示了二氧化碳加氢和碳链（C-C）增长在针铁矿（001）表面上的反应路径。
理论见解和广泛的影响
基于此，研究团队采用密度泛函理论（DFT）计算，提出针铁矿在分子尺度上催化合成无生物碳质物质中的关键作用（图4）。
在这一过程中，来自热液流体的氢参与了针铁矿表面的催化循环，在有机物缩合过程中的二氧化碳初始活化和碳链（C-C）增长中发挥了关键作用。
这项开创性研究将多模式原位显微分析与DFT计算相结合，探索自然界的无生物有机合成，深入理解了洋中脊作为关键自然实验室中无生物碳质物质的形成机制。
这项研究不仅为理解矿物介导的自然有机催化反应奠定了基础，还为识别其他岩石行星的热液系统中的无生物有机物质提供了重要参考。
