中国科学家发现地下微生物可“以地震为食”

地球上95%的原核生物（约占地球总生物量的19%）居住在地底深处。活在太阳照不到的地方，它们的能量来源是什么？这个问题长期困扰科学界。

7月19日，中国科学院广州地球化学研究所（下称“广州地化所”）于国际著名期刊《科学进展》（Science Advances）上发表的一项突破性研究显示，地壳断裂瞬间释放的化学能，可以成为地下微生物的能量来源。

这一发现颠覆了学界对地球深部生态系统的理解，也为人类在火星、欧罗巴（木卫二）等星球寻找“暗生命”提供了理论依据。

地震带来海量化学能量

“地震就是一种剧烈的地壳断裂过程，像一台发动机，不断把机械能转换为化学能。”项目负责人、广州地化所研究员朱建喜说。

该研究团队用实验平台模拟地下数公里内的断裂活动。他们发现，当岩石破裂产生新鲜表面时，断裂的化学键（自由基）瞬间与水相遇，生成可观的氢气和过氧化氢。

更为关键的是，这些海量的氢自由基与过氧化氢耦合驱动了铁的氧化-还原循环——铁原子在两种状态（+2价与+3价）之间反复“循环”，持续释放电子，这些电子可以进一步在碳、硫、氮等生命必需元素之间流动。

说得通俗一点，地震会形成一张张看不见的“地下电网”，地下微生物可以在此取用能量。

参与该研究的特别研究助理吴逍和研究员林莽介绍，根据上述研究结果推断，地下微生物不需要光合作用，只需沿着电子梯度“充电”即可生存。

计算表明，地震每年在断裂面上产生的氢气通量可达到737.2摩尔每平方米，能量远远超过微生物群落生存所需。

这些“以地震为食”的地下微生物，就像沐浴在能量的海洋里，得以迅速繁殖生长。

或能解释外星生命能量来源之谜

过去，学界一般认为蛇纹石化或辐射裂解过程是地球早期生命起源的重要能量来源。所谓蛇纹石化，指含二价铁的岩石（如橄榄岩）在高温和水的作用下发生蚀变，形成蛇纹石（滑石类矿物），并释放氢气。

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如今，新的研究成果正在颠覆认知。朱建喜说：“断裂活动在深部地下空间广泛存在，里氏2级以上的地震每年会发生110多万次，这种地质过程产生氢气的数量，比蛇纹石化或辐射裂解过程高出至少10万倍。”

这种“以地震为食”的生命过程，也可能在地球以外的星球发生。

中国科学院院士研究员何宏平说：“这种能量机制甚至可能在火星古老断层或欧罗巴（木卫二）冰壳裂缝中发生，为太阳系‘暗生命’提供长期‘电池’。”

何宏平认为，在未来地外生命探测的任务中，需特别注意寻找断裂带附近的氧化还原信号，这些可能是生命有关的标志。

美国国家科学院院士诺姆·斯利普在文章评论中指出：“该研究十分出色地还原了断裂活动真实的物理化学过程，为深部地下微生物群落的兴衰变化提供了解释。”

据悉，研究团队将继续联合来自加拿大的教授库尔特·O·康豪瑟和芭芭拉·舍伍德·萝拉合作，开展加拿大高等研究院（CIFAR）“四维地球：地下世界的科学与探索”（Earth 4D：Subsurface science and exploration）研究计划，研究更多岩石产生氢气的过程，进一步验证这一无光生命模型的普适性。

南方+记者 钟哲

通讯员 孔令竹

【作者】 钟哲

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