科学家称类地行星上的断裂系统可能为地外生命提供宜居条件

研究人员发现，地震引起的岩石裂缝可以将水分解成富含能量的化合物，为地球深层生命提供能量。中国科学家最近对“一切生命都依赖于阳光”这一长期存在的观点提出了质疑。他们在《科学进展》杂志上发表的一项新研究中发现，生活在地表深处的微生物可以从地壳运动引发的化学过程中获取能量，这为生命如何在地下生存提供了新的认识。

该项研究由中国科学院广州地球化学研究所何红平院士和朱建西教授共同完成。

尽管曾一度认为由于缺乏阳光和有机营养而不适合居住，但如今，深层地下已被公认为广阔而充满活力的生物圈的家园，其中充满了种类繁多的微生物。这些微生物依赖于水与岩石相互作用过程中发生的无机氧化还原反应。虽然已知氢（H₂）是它们的主要能量来源，氧化剂是它们新陈代谢所必需的，但这些氧化剂的确切来源至今仍不清楚。

岩石行星深层地下由机械过程驱动的氧化还原化学示意图。(A) 硅酸盐结壳在地壳变形、板块构造和地幔柱等各种地质过程的改造下，形成了地下宜居环境。(B) 微生物利用能量和电子在存在氧化还原梯度的裂隙系统中进行细胞生长和分裂。(C) 矿物-水反应将机械能转化为化学能，并驱动深层生物圈中的铁氧化还原循环。图片来源：吴晓博士

为了解开这个谜团，研究团队模拟了地壳断层活动，发现岩石破裂过程中产生的自由基可以分解水，生成氢气和氧化剂，例如过氧化氢（H₂O₂）。这些物质在裂缝系统内形成了独特的氧化还原梯度，并进一步与地下水和岩石中的铁（Fe）发生反应——根据局部氧化还原条件，将二价铁（Fe²⁺）氧化为三价铁（Fe³⁺），或将三价铁（Fe³⁺）还原为二价铁（Fe²⁺）。

在富含微生物的断裂带中，地震相关断层活动产生的氢气量比其他已知途径（如蛇纹石化和辐射分解）高出10万倍。研究小组证明，这一过程有效地驱动了铁的氧化还原循环，进而影响了碳、氮和硫等元素的地球化学过程，从而维持了深层生物圈的微生物代谢。

这项研究为深层地下生物圈的能量来源和生态多样性提供了新的见解。何教授和朱教授还指出，其他类地行星上的断裂系统可能为地外生命提供宜居条件，为寻找地外生命开辟了新的途径。

编译自/scitechdaily