生命起源是最具挑战性的科学问题之一。深海热液系统被认为是生命起源的潜在场所，是探索地外生命的重要关注点，为早期地球前生命化学反应提供了理想的物质和能量，驱动了非酶催化条件下有机小分子的形成。矿物催化的有机聚合反应，为后续复杂生物分子的产生奠定了基础，推动了生命从简单有机分子到复杂功能结构的演变，导致早期生命形式出现。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所副研究员南景博、深海科学与工程研究所研究员彭晓彤，联合北京高压科学研究中心、荷兰乌得勒支大学等国内外单位的科研人员，报道了西南印度洋脊岩石圈地壳中的非生物成因有机质，阐述了有机质在分子层面的形成机制，揭示了自然界非生物有机合成的关键路径。相关研究成果以封面论文形式发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
解析大洋岩石圈中非生物成因有机质的形成过程，是探讨地球深部碳循环、极端环境生物圈能量来源以及前生命过程和生命起源等前沿科学问题的关键。
前人针对岩石圈地幔中不同类型的非生物成因有机质进行研究发现，它们常赋存在俯冲带及洋中脊等水-岩相互作用剧烈的区域，其中特殊的含铁催化性矿物对这些有机质的形成至关重要。然而，对于这些矿物表面有机合成途径的机理研究相对较少。若要准确识别岩石中的非生物有机质并为寻找地外生命痕迹提供依据，深入的分子层面的非生物有机合成机理研究尤为重要。
为此，该团队通过研究“深海勇士”号载人潜水器获取的玄武岩样品，报道了在西南印度洋脊浅部洋壳中微米尺度赋存的非生物成因有机质，发现了这些有机质与针铁矿等水岩反应的产物具有密切的空间相关性。
科研人员利用多模态微区原位分析技术，如电子显微镜、飞行时间二次离子质谱仪及光诱导力-纳米红外光谱仪等，综合确认了有机质中特征生物分子官能团缺失，并揭示了其非生物成因。
以此为基础，该团队结合密度泛函理论计算，提出了针铁矿在分子尺度对于非生物有机质催化合成的重要性。其中，热液流体中的氢气在针铁矿表面的催化循环，对二氧化碳的初始活化和有机质聚合过程中的碳链生长起到关键作用。
这一研究开创性地将基于高精度微区分析的密度泛函理论计算应用于天然非生物有机合成过程，剖析了洋中脊这一关键自然实验室中非生物有机质的形成机理。该研究为探讨矿物参与自然有机催化反应奠定了基础，并为在其他天体热液系统识别生命痕迹提供了参考。
研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、欧洲研究理事会启动基金和荷兰研究理事会基金的支持。
“深海勇士”号载人潜水器
西南印度洋脊洋壳中微米级的非生物成因有机质及周围针铁矿的扫描电子显微镜照片
供稿人：杨越
审核人：文成锋
