導讀
1771年發現的光合作用堪稱為認識地球和地球生物方面是最重量級的發現之一,是地球上最重要的能量和物質轉化反應,在地球生態誕生和演變、地球生物起源及進化的過程中,意義非凡:
能夠給上述過程提供最基本的物質轉換。光合作用是地球上以植物等為主的有機物質吸收利用光能,H2O【水】和CO2【二氧化碳】轉變為有機物和O2【氧氣】的過程,使得地球上二氧化碳和氧氣含量基本維持平衡。
能夠給上述過程提供最基本的能量轉換。光合作用幾乎為所有的有機體(異養)直接或間接提供能量
發現光合作用至今也有200多年了,除此之外,地球上還有沒有其他的類似光合作用、且普遍存在的某種機制和系統,也能進行太陽能轉換,為地球環境和生物提供物質和能量保障並能夠被人類加以科學利用呢?
北京大學研究發現,自然界普遍存在類似於生物光合作用的「礦物光合作用」
2019年4月,北京大學魯安懷教授及其合作者在《美國科學院院刊》發表了最新的研究結果,第一次報導了自然界存在無機礦物轉化太陽能系統,該研究發現太陽光不僅作用於地表生物發生經典光合作用,也一直作用於地表礦物,伴隨能量的吸收與轉化,從而發生非經典意義上的光合作用—-「礦物光合作用」。感興趣的小夥伴可以點擊這個連結,查看具體研究報告:https://www.pnas.org/content/pnas/early/2019/04/16/1902473116.full.pdf
通俗的講一下,快速明白咋回事
研究發現地球上直接暴露在太陽光下的礦物質,如巖石或土壤的顆粒,它們的表面普遍包裹著一層僅為幾十納米至一百多微米薄厚度的 「礦物膜」。
這種「礦物膜」無論是化學成分,還是結構構造,都明顯與被包覆的巖石或土壤不一樣,富含水鈉錳礦、針鐵礦、赤鐵礦等天然半導體礦物(關鍵發現)。
在太陽光下,這種「礦物膜」具有明顯的光電響應,能夠進行光電轉換,而且和穩定、靈敏。在太陽光能照射下,激發「礦物膜」產生【光電子—空穴對】,從而發生了一系列的電子傳遞,並且完成光能到化學能的轉化。
特別要提到的之處是,「礦物膜」的空間結構為片層狀,與植物葉綠體的片狀垛疊結構具有驚人的巧合。
如何看待「礦物光合作用」這一重大發現:
作為研究發現者,他們第一個在自然界發現了無機礦物對太陽光能的轉化利用系統,提出了太陽光不僅作用於地球表面的有機生物能發生經典光合作用,也一直作用於地表的無機礦物也能發生非經典「礦物光合作用」的論斷。
這項新發現擴展了經典光合作用的模型,發現了自然界利用太陽能的新途徑,認識到天然無機礦物也存在與有機生物光合作用類似的太陽能轉化利用系統,對於研究自然光合作用系統和人工光合作用系統提供了新的視角。比如:「礦物光合作用」在吸收轉化太陽能過程中,對於自然界化學元素的形成變化、自然界物質演化與地球生態環境演變是否具有驅動作用,並可以嘗試研究該驅動作用的機理等。
這項研究對人類發展進程有重要的意義
新的能源獲得途徑。按照這項研究結果,我們知道地球陸地上普遍存有一層「礦物膜」,它是地球上分布最廣的太陽能薄膜【研究小組成為「新圈層」】,深入研究這種「礦物膜」的光合作用機理,意味著未來也許我們可以獲得一種新的能源渠道,這聽起來無疑令人振奮。
為外星球探索服務。像火星等地球之外的星球,沒有有機生物,但無機物質豐富,在那裡是否也存在「礦物光合作用」呢?人類是否可以利用這一原理在外星球利用其自然資源建立光能轉化利用系統,為人類探索服務呢?相信科學控們一定拭目以待。
人類對科學的探索永無止境,千百年來,大自然的奧秘被科學家們不斷發現和認知,並被科學利用,造福於人類,推動者社會的進步和發展,人類理應向他們崇高的工作致以敬意!
科學改變頭腦,科技改變生活。