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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支持的海底熱泉起源假說，目前鮮有關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條件，發(fā)現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分子結構可發(fā)生光致斷鍵，產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。結果顯示，若要達到與傳統模型(閃電和隕石撞擊等成因)相當的有機物年積累量(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厚的表層透光層內即可(圖1D)。
 

　　自然硫作為火山地質作用產物，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物質的數量應十分可觀。自然硫是目前所發(fā)現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物質分子的合成轉化，體現了地表天然半導體礦物轉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和生命信號提供了新線索。