在人類視線之外的黑暗深處，棲息著地球上95%的原核生物，約占地球總生物量的19%，這些深部生命究竟如何延續(xù)？7月19日，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所發(fā)表于國(guó)際期刊《科學(xué)進(jìn)展》上的一項(xiàng)突破性研究顯示，地殼斷裂瞬間釋放的化學(xué)能，竟可為地下微生物提供陽光的“替代燃料”。這一重要發(fā)現(xiàn)不僅改寫了地球深部生態(tài)系統(tǒng)的能量劇本，也為火星、歐羅巴（木衛(wèi)二）等星球的“暗生命”設(shè)想提供了現(xiàn)實(shí)藍(lán)本。
地殼斷裂維持深部地下微生物群落活動(dòng)的概念圖。（研究團(tuán)隊(duì)供圖）
據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)通過“壓裂-反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，模擬地下數(shù)公里內(nèi)的斷裂活動(dòng)。當(dāng)巖石破裂產(chǎn)生新鮮表面時(shí)，斷裂的化學(xué)鍵（自由基）瞬間與水相遇，生成可觀的氫氣和過氧化氫。“在地下生命聚集的斷裂系統(tǒng)中，巖石破裂產(chǎn)生的氫氣量，比已知的蛇紋石化或輻射裂解過程高出至少10萬倍。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員朱建喜說，“地震就是劇烈的地殼斷裂過程，這一構(gòu)造活動(dòng)就像一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，不斷把地球內(nèi)部的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能”。
更關(guān)鍵的是，氫自由基與過氧化氫耦合驅(qū)動(dòng)了鐵的氧化-還原循環(huán)—鐵原子在兩種狀態(tài)之間反復(fù)“循環(huán)”，持續(xù)釋放電子。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些電子進(jìn)一步在碳、硫、氮等生命必需元素之間流動(dòng)，形成看不見的“地下電網(wǎng)”，為微生物提供可直接取用的能量。“它們不需要光合作用，只需沿著電子梯度‘充電’即可生存。”中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所特別研究助理吳逍說。
計(jì)算表明，地震每年在斷裂面上產(chǎn)生的氫氣通量可達(dá)到737.2摩爾每平方米，這些能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過微生物群落生存的需要，生命可以迅速繁殖生長(zhǎng)。“這種能量機(jī)制甚至可能在火星古老斷層或歐羅巴（木衛(wèi)二）冰殼裂縫中發(fā)生，為太陽系‘暗生命’提供長(zhǎng)期‘電池’。”中國(guó)科學(xué)院院士何宏平指出，在未來地外生命探測(cè)的任務(wù)中，需特別注意尋找斷裂帶附近的氧化還原物質(zhì)，這些可能是與生命有關(guān)的標(biāo)志。
美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士諾姆·斯利普在文章評(píng)論中指出，該研究十分出色地還原了斷裂活動(dòng)真實(shí)的物理化學(xué)過程，為深部地下微生物群落的興衰變化提供了解釋。
據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)和加拿大相關(guān)教授合作，開展加拿大高等研究院“四維地球：地下世界的科學(xué)與探索”研究計(jì)劃，研究更多巖石產(chǎn)生氫氣的過程，進(jìn)一步驗(yàn)證這一無光生命模型的普適性。
（原標(biāo)題：中國(guó)科學(xué)家揭示無光世界生存密碼）