除了植物,地球上其它物質能光合作用嗎?北京大學率先發現奧秘

2020-12-05 木鳥嘟嘟

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。

相關焦點

  • 光合作用的秘密,細說多肉植物進行光合作用的過程
    我們人類每天都要呼吸,把空氣中的氧氣吸到肺裡,再把身體裡的二氧化碳吐出來,除了我們人類,動物和路邊的花花草草也都是一樣的,那這樣算起來,地球上的生物每天都要消耗很多很多的氧氣,吐出很多很多的二氧化碳,那麼為什麼氧氣還沒有消化完,二氧化碳的量也沒什麼變化呢?
  • 北大教授最新發現,石頭上也有光合作用
    北大教授最新發現,石頭上也有光合作用北京大學魯安懷教授課題組最新研究發現:在陽光的照射下,那些看似「無轉移」的巖石上其實也發生著能量的轉移。這項成果已於4月22日在《美國科學院院刊》在線發表。那麼,石頭上的「光合作用」究竟是怎麼回事?眾所周知,植物、藻類和光養微生物的光合作用吸收二氧化碳,將太陽能轉化為生物化學能,並釋放我們賴以生存的氧氣,為自然界眾多生物直接或間接提供了能量。
  • 未來地球上的能源來自植物?科學家破解光合作用奧秘,獲取新能源
    長久以來,科學家們對光合作用十分著迷,因為無數植物藉此延續生命,為大自然的循環提供了源源不斷的能量。如果我們能夠破解光合作用,人類的未來將變得更加美好。起初,科學家們認為光合作用是一種普遍存在於植物中的機制,藉助於先進的科學技術,人們才了解到這其中包含著大自然的奧秘,正是因為植物的光合作用,才有了維持生命發展的重要元素。研究表明,植物可以將空氣中的二氧化碳、水和陽光轉化為自身需要的能量,這就和呼吸一樣自然,陽光是觸發相關反應的關鍵因素。
  • 北大教授最新發現:巖石土壤表面也有光合作用
    北大教授最新發現巖石土壤表面也有光合作用本報訊(記者李祺瑤)植物、藻類和光養微生物通過光合作用吸收二氧化碳,將太陽能轉化為生物化學能,並釋放我們賴以生存的氧氣,為自然界眾多生物直接或間接提供了能量。近日,北京大學地球與空間科學學院魯安懷等通過與美國學者合作,率先揭示了自然界無機礦物轉化太陽能系統,即存在「礦物光合作用」。該研究成果日前在線發表於《美國科學院院刊》。
  • 人類能模仿植物的光合作用嗎?科學家:若成功堪比工業革命
    人類每天的日常生活包括工作娛樂,呼吸運動都離不開兩種物質,一種是氧氣,另外一種則是糖類。這是人類生存的必需物質,也是合成其他物質必不可少的材料。神奇的是,在自然界中竟然有生物體能夠通過一系列反應同時得到這兩種物質,這就是大家所熟悉的光合作用。
  • 萬物生長靠陽光,那麼在月光下,植物能進行光合作用嗎?
    太陽通過內部的核聚變,在持續消耗大量氫的同時釋放大量能量,然後通過熱輻射的形式將熱量傳遞到地球上。地球上的植物、藻類以及部分細菌通過光合作用,將空氣中的二氧化碳和吸收的水轉變為有機物把能量儲存起來,為地球物質循環和生物的發展演化提供了不可或缺的能量來源。
  • 不只植物!地表礦物也在進行「光合作用」
    原標題:不只植物!地表礦物也在進行「光合作用」 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發生非經典「礦物光合作用」。近日,北京大學地球與空間科學學院魯安懷團隊揭示了自然界無機礦物轉化太陽能系統。該研究成果4月22日在線發表於《美國科學院院刊》。
  • 植物生長需要光照,月亮能讓植物進行光合作用嗎?
    月光本質上是月球對太陽光的反射,其中也包含了整個可見光波段,可以讓植物進行微弱的光合作用,但是月光的輻射能量密度太低,無法維持植物全部的生長所需。地球上所有植物的光合作用原理都是相似的,植物通過光合作用把二氧化碳和水轉化為有機物,然後釋放氧氣,主要包含了光反應和暗反應兩個階段。
  • 植物生長需要光照,如何能讓植物進行光合作用嗎
    月光本質上是月球對太陽光的反射,其中也包含了整個可見光波段,可以讓植物進行微弱的光合作用,但是月光的輻射能量密度太低,無法維持植物全部的生長所需
  • 月光會讓植物進行光合作用嗎?
    月光會讓植物進行光合作用嗎?這個問題可以從兩個方面分析:月光下能否「有」光合作用,以及月光下的光合作用能否「維持」植物的生長。第一個問題:月光下能否「有」光合作用。答案是能。光合作用可以大體分為兩個過程,一個叫光反應,只能在光照條件下進行,靠葉綠素或其它色素(下文以葉綠素指代)吸收光能,然後利用光能分解水,產生氧氣、還原氫以及 ATP, 為下一步暗反應提供還原劑和能量。另一個暗反應不需要光,主要利用前一步產生的還原氫和 ATP, 來還原二氧化碳,得到葡萄糖等能量物質。所以只要考慮光反應這一步。
  • 植物生長需要光照,月亮能讓植物進行光合作用嗎? - 艾伯史密斯
    地球上所有植物的光合作用原理都是相似的,植物通過光合作用把二氧化碳和水轉化為有機物,然後釋放氧氣,主要包含了光反應和暗反應兩個階段。光反應:植物在色素和酶的作用下,把光能轉化為活躍的化學能。暗反應:植物利用活躍的化學能同化CO2,生成有機物,比如糖類等等。光合作用的總反應方程式為:CO2+H2O—>(CH2O)+O2,(CH2O)為糖類。
  • 為什麼紅色葉子的植物也能進行光合作用?
    我們知道,葉綠素是植物進行光合作用的必備物質,但是有些植物的葉子是紅色的,這類植物是如何進行光合作用的呢?植物的綠葉,被人們稱為「綠色的工廠」。誰都知道植物要製造有機物質,要進行光合作用,一定要有葉綠素存在。
  • 植物葉子的結構與光合作用
    動物肌肉收縮的機械能,螢火蟲發光的光能,最終都來自太陽的光能。當然,太陽能不會直接變為肌肉收縮的機械能和發光生物發出的光能,在中間起聯繫作用的,便是綠色植物和某些細菌。下面簡單介紹一下,植物葉子的結構與光合作用。在陽光的照耀下,植物利用水和二氧化碳合成我們所需要的有機物質,這個過程就是大家熟知的光合作用。光合作用是地球上規模最大的太陽光能利用過程。
  • 除了地球以外,太陽系還能出現其它生命嗎?科學家給出了猜想
    除了地球以外,太陽系還能出現其它生命嗎?,我們一直都沒有發現其它星球上有生命存在,就連希望最大的火星也是沒有生命!不過雖然我們沒有發現其它星球上有生命存在的,但是還是有很多其它的收穫,科學家在探索的過程中發現,有一顆衛星就是土衛六,上面不僅僅存在海洋,還存在大氣層,是太陽系中唯一最神秘的衛星了,擁有和地球一樣的完整大氣層和海洋,或許存在生命的可能性就更大了,而土衛六能夠成為太陽系內,僅次於地球,在地球24億年前,大氣層充滿了毒氣,導致地球表面的溫度很大,那時候地球上的大氣中有很多甲烷
  • 我國科學家發現礦物可進行「光合作用」
    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並轉化太陽能,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。
  • 【植物知識】光合作用
    對於綠色植物來說,在陽光充足的白天,它們利用太陽光能來進行光合作用,以獲得生長發育必需的養分。 這個過程的關鍵參與者是內部的葉綠體。葉綠體在陽光的作用下,把經由氣孔進入葉子內部的二氧化碳和由根部吸收的水轉變成為澱粉等能源物質,同時釋放氧氣。
  • 滿月時月光很亮,植物能利用月光進行光合作用嗎?
    目前,科學家認為影響植物光合作用的主要有3個因素:光的輻照度以及波長;二氧化碳濃度;溫度。 想要知道月光能否讓植物發生光合反應,還要看月光的輻照度以及波長。
  • 地球上的氧氣從哪裡來?光合作用或許不是主要來源
    地球之所有會產生生命,很大一個原因是地球上有眾多生命賴以生存的氧氣,雖然有很多有一部分生物不用依賴氧氣,比如厭氧性細菌,但是地球上的大部分生物,離開了氧氣就不能生存。為什麼只有地球上有氧氣,而其它星球上沒有呢?地球上的氧氣最早從哪裡來呢?
  • 光合作用(上)
    今天我們要說的是他的另一個故事,1898年他十分憂慮的說:「隨著工業的發達和人口的增多,400年後,地球上的氧氣將被用光,人類將趨於滅亡。」今天的我們帶著調侃的口吻來敘說這位爵士的故事,但是客觀的說,他的眼光很準,每一個烏龍都造就了一個大發現!這是人類認識發展的必經階段,我們必須理解。
  • 科學家在月球表面發現來自地球植物合成的氧
    近日的研究發現,日本的月球女神探測器(Kaguya)檢測到來自地球的氧氣痕跡,並且存在於月球表面的土壤中。科學家們以前在研究阿波羅計劃從月球取回的巖石時,發現裡面有和地球同位素相匹配的痕量氮、氧及其它稀有氣體,不過並不清楚它們是否來自地球。由於月球沒有磁場,會受到太陽風的直接轟炸,因此土壤中氧同位素的成分應該和太陽風一樣。