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近日，中國科學院海洋研究所深海中心孫衛東課題組在生命起源領域取得重要進展。團隊利用高溫高壓實驗證明了氮氣可以快速參與蛇紋石化過程并生成大量氨氣，結合團隊前期研究，證明了地球早期在巖漿海后期，蛇紋石化導致地球大氣由“二氧化碳+氮氣”轉變為“氨氣+甲烷”，在閃電作用下可以合成大量氨基酸，在超臨界水+二氧化碳層形成氨基酸濃湯，是生命起源的關鍵。相關研究成果發表在學術期刊《科學通報》上。
生命起源問題是自然科學最重要的科學問題之一，對研究宜居星球和發現地外生命具有重要指導意義。著名的米勒-尤列實驗在1953年證明甲烷、氨氣、氫氣和水蒸氣在電火花作用下可以產生大量氨基酸，邁出了從無機物到生命所需有機物的第一步，這一反應被認為是生命起源最重要的前置反應之一。然而，傳統認為冥古代地球大氣主要成分是二氧化碳和氮氣，缺乏甲烷和氨氣，在中性大氣里氨基酸合成效率將大大降低，米勒-尤列反應受到限制，氨基酸能否在原始大氣中大量合成存在爭議。
冥古代地表氨基酸濃湯形成的模型圖 海洋研究所供圖
針對冥古代地表氨基酸合成缺乏關鍵原料——氨這一問題，孫衛東課題組進行了蛇紋石化合成氨的高溫高壓水熱實驗，研究“橄欖巖-水-氮氣（-二氧化碳）”體系在冥古代地表溫壓條件下的反應，以此證明氮氣參與蛇紋石化合成氨過程，進而對生命起源過程中氨的來源提供啟示。
研究證明，在冥古代地表可以廣泛發生蛇紋石化合成氨過程，保守估算，該過程每年可以為地表系統提供超過1015g數量級的氨。基于上述研究結果，研究人員提出，在冥古代地表廣泛的蛇紋石化作用下，氫氣、甲烷和氨大量生成，在閃電作用下形成氨基酸濃湯，為生命起源提供了適宜環境，這對于理解早期大氣演化和前生物合成反應具有重要意義。
https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.04.038