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生命来自海底“黑烟囱”又有了新证据

深海激光拉曼光谱原位探测系统(RiP)在深海热液区原位探测超临界二氧化碳流体  受访者供图

近日,我国科学家在《科学传递》(英文版)以封面文章形式颁发一项科研成果——科考队员在2016年深海热液航次中,于西宁靖洋一处深海热液区发明超临界二氧化碳,这也是举世首次在自然界发明超临界二氧化碳。科学家阐发觉得,这次不雅测到的超临界二氧化碳中含有大年夜量氮气和有机组分,为生命起源以及初始有机质的形成供给了新的启示。

作甚超临界二氧化碳?它又为何如斯难以发明?记者采访了相关成果的完成方,请专家解疑答惑。

自然界中超临界二氧化碳很罕有

“超临界二氧化碳是二氧化碳的一种特殊相态,即当纯态的二氧化碳温度跨越31摄氏度、压力跨越73个大年夜气压时,二氧化碳将以超临界流体的形式存在。”在吸收科技日报记者采访时,课题组成员、中国科学院海洋钻研所钻研员孙卫东先容。

“超临界态的二氧化碳兼具气态与液态物质的特点,拥有较大年夜的扩散速度和较强的消融能力,可以极大年夜地前进反映的速度,是以被广泛用于有机合成反映。”论文第一作者、中国科学院海洋钻研所钻研员张鑫说。

之以是在自然界中难觅其踪影,主如果因为超临界二氧化碳的形成前提必须同时满意31摄氏度和73个大年夜气压以上的温压前提,我们生活的通俗场景中的大年夜气压力仅有一个大年夜气压,只有地球深部与深海洋底才可以满意这种极度压力前提。

“但曩昔的不雅测能力和取样手段,无法对地球深部的超临界态二氧化碳进行不雅测和取样。由于一旦取样或不雅测要领改变了超临界二氧化碳的温压前提,超临界二氧化碳的相态就会改变。”张鑫说,“近些年跟着深海原位不雅测技巧的前进,分外是深海激光原位拉曼光谱丈量技巧的问世,使得可以在不改变被测物温压状态的环境下,完成对被测物组分和布局的丈量,这才得以在深海不雅测到自然状态下的超临界二氧化碳。”

孙卫东表示,恰是因为在相关深海原位不雅测技巧方面的进步,超临界二氧化碳才有被探测的可能。

深海热液区温压满意形成前提

而本次超临界二氧化碳被发明的地方,是西宁靖洋的深海热液区。深海热液又被称作“黑烟囱”,平日与海底岩浆活动有关,是一种海水被加热并与岩浆中挥发性物质一路喷出海底所形成的地质征象,温度可达三四百摄氏度,热液流体的喷发不仅向海洋开释热量,还带来了很多的金属元素和善体组分,孕育了富厚的基因资本和大年夜量热液硫化物矿床。

1977年,美国“阿尔文号”载人深潜器在2500米深的海底发明,热液喷口相近竟然生活着密密麻麻的生物,并形成了基于化学能的生态系统。举世的热液区主要散播在洋中脊和弧后盆扩大中间,是海洋生命的起源之一。

据孙卫东先容,西宁靖洋弧后盆深海热液区喷发的热液流体中平日含有较多的二氧化碳气体组分,这主要源于岩浆的脱气感化。而在这次发明超临界二氧化碳的热液区,因为热液区深部不合物质相发生分离感化,热液流体中的二氧化碳组分发生了富集,并以纯二氧化碳的形式喷出海底,加上热液区供给了较高的温度、压力前提,使得二氧化碳能够以超临界态形式存在。

张鑫回忆道,在“科学”号科考船2016年深海热液航次中,钻研职员使用“发明”号深海ROV机械人上搭载的我国自立研发的深海激光拉曼光谱原位探测系统(RiP),在深海热液区(海面以下1400米)发清楚明了具有超临界二氧化碳流体喷发的热液喷口。使用深海激光拉曼光谱原位探测系统采集了大年夜量原位拉曼光谱,确定了所测流体的组分为超临界二氧化碳,并应用自立研发的深海热液温度探针测定超临界二氧化碳喷口温度约为95摄氏度,实验室模拟的超临界二氧化碳拉曼谱峰与深海原位测定的同等,进一步确定了超临界二氧化碳的相态。

氮的发明提示生命起源新可能

孙卫东表示,当前主流的地球生命起源的假说有两个,一个假说觉得,地球生命起源于地球原始大年夜气放电,另一个假说则觉得,地球生命起源于深海热液系统。1953年闻名地球化学家、诺贝尔奖得主哈罗德·C·尤里与其硕士钻研生斯坦利·米勒模拟原始大年夜气组分把氢气、甲烷和氮气等放在抽成真空的玻璃仪器中,应用一个电弧放电,模拟大年夜自然的电闪雷鸣,终极获得了组成生命弗成缺少的蛋白质质料——氨基酸。米勒把实验结果写成论文,并公诸于世,立即引起轰动,天下各国科学家纷繁仿效。

“然则很多钻研觉得地球和其他类地行星的原始大年夜气因此二氧化碳和氮气为主的。即米勒实验所用模拟大年夜气组分与原始大年夜气尚有差别。今朝主流的不雅点觉得深海热液系统是生命起源的场所。”孙卫东说,生物学钻研注解超嗜热菌很可能是地球上生命的合营先人,是以热液系统不停被觉得与生命起源亲昵相关。然则热液流体中缺少合成氨基酸的关键元素——氮,这是早期生命起源于热液这一假说中最致命的问题。

“而这次发明的超临界二氧化碳流体中还含有异常高的氮气组分。”孙卫东表示,这不仅办理了热液生命起源假说中氮滥觞的问题,同时具备诸多特点的超临界二氧化碳还为早期地球从无机到有机的历程供给了绝佳的反映介质。

张鑫先容,这次发明的超临界二氧化碳流体的拉曼光谱中还含有大年夜量未知的拉曼谱峰,它们的归属注解,这些未知的峰大年夜多与碳—氢、碳—碳、碳—氮、氮—氢有关,这证实深海热液区喷发的超临界二氧化碳流体中很可能含有大年夜量有机物质。斟酌到超临界二氧化碳在甲酸、氨基酸等有机合成中的紧张感化,钻研团队推想这些未知的有机物很有可能与氨基酸合成相关。

由此,该项发明也带来了新的生命起源的启示。“在形成月球的大年夜碰撞之后,地球的原始大年夜气慢慢形成。此时的原始大年夜气中含稀有百大年夜气压的水蒸气和跨越一百大年夜气压的二氧化碳,以及氮气等。在原始海洋形成后,当温压前提大年夜于31摄氏度和73个大年夜气压时,二氧化碳将以超临界流体相态存在,是以在地球外面存在超临界态的二氧化碳层。”孙卫东进一步解释,“在水圈与大年夜气圈的交界面上,氮气和矿物微粒可以被稠密的超临界二氧化碳所吸附。超临界二氧化碳、水、氮气在矿物颗粒的催化下,完成了从无机到有机的转化,并孕育发生了生命体必须的氨基酸等有机大年夜分子。”

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