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　　在國家自然科學基金項目(批準號：41872042、91951114、91851208、41522201)資助下，北京大學魯安懷、李艷課題組為地球生命陸地熱泉起源說提供了新的科學佐證。研究成果以“自然硫光還原無機碳(+IV)：對陸地熱泉生命起源物質(zhì)合成的啟示(Photoreduction of inorganic carbon(+IV) by elementalsulfur: Implications for prebiotic synthesis in terrestrialhot springs)”為題，于2020年11月18日在《科學進展》(Science Advances)上在線發(fā)表。論文鏈接:https://doi.org/10.1126/sciadv.abc3687.
 

　　近些年來，上提出了地球生命陸地起源新學說。不同于有豐富理論模型與實驗證據(jù)支持的海底熱泉起源假說，目前鮮有關(guān)于地球生命陸地起源學說的實驗和理論模型，特別是陸地熱泉中地球原始小分子有機物質(zhì)形成的可能條件與途徑尚未被揭示與認知。
 

　　該團隊模擬地球早期陸地熱泉的介質(zhì)條件，發(fā)現(xiàn)陸地熱泉透光層中普遍存在的自然硫礦物(α-S8，俗稱硫磺，圖1A)，在波長小于280 nm的紫外光(UVC)輻射下，可持續(xù)還原大氣二氧化碳(CO2)形成典型有機小分子物質(zhì)之一的甲酸(HCOOH)。研究證實，自然硫是一種兼具間接帶隙(2.6 eV)和直接帶隙(4.4 eV)的半導體礦物，UVC激發(fā)下的直接帶隙躍遷模式將電子從π*反鍵分子軌道(價帶)直接激發(fā)躍遷到σ*反鍵分子軌道(導帶)上。導帶較高的能量賦予光電子強還原性(-2.34V vs. NHE, pH7)，可耦合質(zhì)子直接還原CO2(-1.90Vvs. NHE)形成HCOOH(圖1B)。同時，自然硫環(huán)狀S8分子結(jié)構(gòu)可發(fā)生光致斷鍵，產(chǎn)生的表面活性硫自由基促成CO2在礦物表面的化學吸附與電子傳遞(圖1C)。該研究根據(jù)自然硫礦物含量、早期地球陸地熱泉占比、紫外線穿透深度等參數(shù)評估了這一反應模型在早期有機物形成與積累中的貢獻。結(jié)果顯示，若要達到與傳統(tǒng)模型(閃電和隕石撞擊等成因)相當?shù)挠袡C物年積累量(109-1010 kg)，僅需要10 μM的自然硫懸浮于占地球表面1%的陸地熱泉10 cm厚的表層透光層內(nèi)即可(圖1D)。
 

　　自然硫作為火山地質(zhì)作用產(chǎn)物，在火山活動較為劇烈、陸地熱泉較為普遍的地球早期，自然硫光催化還原原始大氣二氧化碳合成生命起源基礎(chǔ)物質(zhì)的數(shù)量應十分可觀。自然硫是目前所發(fā)現(xiàn)的具有高光電子能量的半導體礦物，還可高效、溫和地促進其它生命基礎(chǔ)物質(zhì)分子的合成轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)了地表天然半導體礦物轉(zhuǎn)化太陽能促進地球生命起源與進化的巨大作用，也為尋找或探測地外行星生命物質(zhì)和生命信號提供了新線索。