我國科學家發現礦物可進行“光合作用” 呈現出“膜”狀結構構造特征

眾所周知，有機生物可進行光合作用，將太陽能轉化為生物化學能。近期北京大學課題組公布的一項最新研究成果顯示，暴露在陽光下的地表無機礦物也可吸收并轉化太陽能，從而發生礦物的“光合作用”。這項研究成果近日在《美國科學院院刊》(PNAS)上全文在線發表。

國際礦物學協會第一副主席、北京大學地球與空間科學學院教授魯安懷介紹，研究團隊通過對我國北方戈壁、沙漠以及南方喀斯特和紅壤等典型地貌中巖石和土壤樣品的系統觀測分析，發現直接暴露在太陽光下的巖石和土壤顆粒體表面普遍被一層黑色的“礦物膜”所覆蓋。“礦物膜”的厚度從數十納米到上百微米不等，富含水鈉錳礦、針鐵礦、赤鐵礦等天然半導體礦物，呈現出“膜”狀結構構造特征。

“我們測定這些地表巖石和土壤樣品的光電效應，發現這些‘礦物膜’可以把太陽光子轉化為光電子，產生靈敏、顯著、持續的光電流信號，證實無機礦物可吸收并轉化太陽能，即太陽光一直作用于地表礦物，發生‘礦物光合作用’。”魯安懷說。

研究發現，“礦物膜”產出特征和發育狀況與日照關系極為密切，如富錳礦物僅在日光照射下的紅壤礦物顆粒、喀斯特和戈壁巖石正面“礦物膜”中出現。在全球陸地系統中，富錳“礦物膜”的分布恰與太陽光的強輻射區域相吻合。

魯安懷認為，伴隨著地球的形成與演化，地表礦物轉化太陽能的現象可能一直存在。但暴露在太陽光下地球表面的天然礦物，其長期受到太陽光輻射的響應機制，卻一直未被認識與利用。此外，除了全球陸地系統中太陽光輻射區域外，類地行星的表面也具有這種“鍍膜”現象，如火星裸露巖石表面也存在深色富錳“礦物膜”。

“在生物光合作用系統形成過程中，‘礦物膜’的‘光合作用’可能起到了一定促進作用，這還有待后續進一步研究。”魯安懷認為，該發現為研究光合作用系統的起源、人工光合作用、地球物質演化提供了新視角，在固碳作用及全球氣候變化的研究方面也存在一定價值，對研究太陽系中類地行星表面無機礦物轉化利用太陽能具有借鑒意義。