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不只植物!地表矿物也在进行“光合作用”

2019-04-24 10:37 科技日报

太阳光不仅作用于地表生物发生经典光合作用,也一直作用于地表矿物发生非经典“矿物光合作用”。近日,北京大学地球与空间科学学院鲁?#19981;?#22242;队揭示了自然界无机矿物转化太阳能系统。该研究成果4月22日在线发表于《美国科学院院刊》。

地球陆地上,有机生物和无机矿物共同暴露在阳光下。数十亿年来,有机生物通过光合作用,将太阳能转化为生物化学能。那么,在地球表面广泛?#26893;?#30340;天然矿物,对太阳能是不是就“无动于衷”呢?

鲁?#19981;?#22242;队对中国北方戈壁、沙漠以及南方喀斯特和红壤等典型地貌中岩石/土壤样品进行了深入系统观测?#27835;觶?#21457;现直接暴露在太阳光下的岩石/土壤颗粒体表面普遍被一层铁锰(氢氧)氧化物“矿物膜”(mineral coating)所覆盖。“矿物膜”厚度从数十纳米到上百微米不等,其结构构造与化学成分显著区别于被包覆的岩石或土壤,富含水钠锰矿、针铁矿、赤铁矿等天然半导体矿物。而且,“矿物膜”产出特征和发育状况与日?#23637;?#31995;极为密切。

经研究发现,这些“矿物膜”具有明显的可见光光电响应和稳定、灵敏的光电转换能力。也就是说,地球陆地上的无机矿物也是太阳光能量吸收与转化的一类重要物质。而且,“矿物膜”还具有片层状的空间结构,这与植物叶绿体的类囊体片状垛叠结构构型有异曲同工之妙。

团队由此提出,在阳光照射下地表铁锰氧化物“矿物膜”是地球上?#26893;?#26368;广的太阳能薄膜“新圈层”,其承载着吸收转化太阳能并驱动地球化学元素循环、地球物质演化与地球环境演变等重要功能。

中科院生物学重点实验室主任林荣呈研究员认为,此项发现大大拓展了我们对自然界太阳能利用途径的认识,即天然无机矿物也存在与有机光合作用相当的太阳能转化利用系统。同?#20445;?#23427;也给光合作用系统起源和?#26031;?#20809;合作用相关研究提供了新视角。

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