非生物有机合成研究提出有机缩合新机制

中国研究团队报道在西南印度洋中脊洋壳中发现非生物有机化合物并提出有机物缩合的分子机制。

此次突破是继2021年该团队在雅浦海沟地幔岩中发现纳米级非生物有机物之后取得的，代表了深海碳循环和生命起源研究的重大进展，有助于阐明自然界非生物有机合成的关键途径。

科学家们将这一成果发表在美国科学院院刊上。中国科学院南京地质古生物研究所南景波博士为该论文第一作者，中国科学院深海科学与工程研究所彭晓彤博士为通讯作者。

生命起源是科学界最具挑战性的问题之一。深海热液系统被认为是生命出现的潜在场所，也是寻找外星生命的重点。这些系统为早期地球上的生物前化学反应提供了理想的物质和能量条件，推动了非酶催化下小有机分子的形成。

在此基础上，矿物催化的有机聚合反应为生产更复杂的有机化合物奠定了基础，促进了简单有机化合物向复杂的功能结构的演变，并最终导致生命形式的出现。

南永刚等人通过分析载人潜水器(HOV)深海勇士号(TS-10探险队)采集的玄武岩样品，首次报告了在西南印度洋中脊的上部洋壳中存在微米级的非生物碳质物质。

他们还发现这种有机物与水与岩相互作用的产物(如针铁矿)之间存在密切的空间相关性。

研究人员利用多模原位微分析技术，包括电子显微镜、飞行时间二次离子质谱、光诱导力显微镜和纳米红外光谱，全面证实了碳质物质中不存在特征性的生物分子功能团，从而揭示了其非生物起源。

基于此，研究团队利用密度泛函理论(DFT)计算提出了针铁矿在非生物碳质物质分子尺度催化合成中的关键作用。

在此过程中，热液中的氢参与针铁矿表面的催化循环，在有机缩合过程中二氧化碳的初始活化和碳链(CC)生长中起关键作用。

这项开创性的研究将多模原位微分析与DFT计算相结合，探索天然非生物有机合成，深入了解作为重要天然实验室的洋中脊中非生物碳质物质的形成机制。

该研究不仅为理解矿物介导的天然有机催化反应奠定了基础，而且为识别其他岩石行星热液系统中的非生物有机物提供了重要参考。