人類歷史大部分時間以來,陽光被認為是地球上所有生命的基礎。然而,中國的研究人員最近發現了一種完全不同的生命存活方式,這種方式根本不需要陽光。
在一項最新研究中,科學家們發現生活在地球深處的微小生物可能依賴於由地殼運動造成的岩石裂縫所引發的特殊化學反應來獲取能量。
這一裂縫過程,也被稱為地殼斷層,會形成允許水和氣體循環的斷層區域,從而促進不需要陽光的化學反應。
這一發現不僅改變了我們對地下生態系統的理解,還暗示類似的生命可能存在於其他行星上,那裡的陽光可能永遠無法抵達。
研究作者指出:「我們提出地殼斷層可以生成各種氧化還原對,並驅動鐵的氧化還原循環,從而為地球及其他行星的地下生命提供持續的能量來源。」
岩石破裂反應在無光環境下支持生命
來自廣州地球化學研究所的研究作者希望了解深層微生物如何獲取能量和氧化劑,這兩者是支持生命化學能量所必需的基本成分。
雖然早期的研究表明這些微生物可以利用氫氣作為能量來源,但所需氧化劑的來源仍然不明。為了解決這一謎題,研究人員重建了自然岩石裂縫過程,這一過程通常發生在地下斷層線上。
在實驗室設置中,他們對不同類型的岩石施加壓力,以模擬地殼運動的影響。當岩石破裂時,釋放出被稱為自由基的反應性分子。
這些自由基隨後與水反應,生成氫氣和過氧化氫 (H2O2) 等氧化劑。這些物質共同形成了一個富含能量的化學環境。然而,研究人員發現更驚人的結果。
在這一模擬斷層過程中產生的氫氣量驚人,達到其他自然過程(如水與某些礦物反應(蛇紋岩化)或被自然輻射分解(輻射解離))所產生的量的 100,000 倍。
此外,氫氣和氧化劑改變了周圍水和岩石中鐵 (Fe) 的形態,引發了一個鐵在氧化和還原狀態之間轉換的循環。這一氧化還原循環進一步支持了涉及其他生命重要元素(如碳和氮)的反應。
研究作者建議,地震或甚至輕微的地下變動可以觸發微生物用以生存的化學條件,這一過程不需要任何陽光的輸入。
在最深、最水文地質隔離的地下部分生存,微生物依賴於來自氧化還原反應的能量,利用沿著氧化還原梯度流動的電子。這一過程可能是維持微生物多樣性和深層生物圈長期宜居性的關鍵。
無需陽光的生命及其超越地球的可能性
這一發現改變了人們對生命存在地點的看法。它表明,僅靠地質活動,而不需要陽光或有機物質,就能為地下生態系統提供足夠的能量。
這一點不僅對理解地球至關重要,也對探索其他行星有著重要意義。如果由斷層驅動的化學反應能在此支持生命,類似的條件可能也存在於其他具有活躍地質活動的岩石行星或衛星上,如火星或歐羅巴。
然而,需要注意的是,這些發現來自實驗室實驗。下一步是檢查這些反應在地下真實斷層區域中發生的頻率和效率。
如果得到確認,這可能成為尋找外星生命的重要線索,並幫助科學家更好地理解地球隱藏的生物圈。這項研究發表在《科學進展》期刊上。
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