在我们生活的地球上，大部分生命依赖阳光进行光合作用，获取能量维持生存与繁衍。然而，在地球的地壳深处，却存在着一个神秘的世界，那里长期隔绝于太阳光和地表有机物，传统观念认为那是寡营养环境，生命几乎难以存活和繁殖。但近年来令人惊奇的生命探测结果表明，深部地下存在着一个规模巨大、活跃多样的生物圈，栖息着地球上 95% 的原核生物，约占总生物量的 19% 。这些微生物究竟如何在这样恶劣的环境中获取能量维持生命活动，成为了科学界亟待解开的谜题。
岩石断裂：氢气的神奇来源展开剩余79%氢气是深部生命主要利用的还原性物质，其生成途径多样。此前已知一些具有放射性的岩石可能会分解水产生氢气，还有富铁的岩石可以与水反应产生氢气（通常发生在岩石蛇纹石化过程中）。但科学家通过深入研究，发现了一个全新且极为重要的氢气来源 —— 岩石断裂。
当地震作用或是冰川引发的巨大压力出现时，在硅酸盐岩石新鲜的断裂面上，断裂或扭曲的硅 - 氧键会产生活性自由基，从而使水具备分解成氢气的能力。中国科学院广州地球化学研究所的研究团队通过 “压裂 - 反应” 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，能够生成可观的氢气和过氧化氢。在实验室模拟地震中岩石破裂后的反应时，破裂的石英与水反应，释放出了大量的氢，其中既包括氢气，也有过氧化氢（H₂O₂）。由于微量过氧化氢的积累，局部的水溶液会呈弱氧化性，而由于氢气的积累，顶部空气会略呈还原性，这种氧化还原梯度虽仅存在于非常局部的区域，甚至可能只有微米尺度，却为深层地壳中的生命提供了适宜的生存环境。
氧化还原循环：“地下电网” 的形成仅仅有氢气的产生还不足以解释微生物如何获取能量。在深层地壳中，微生物如果想要利用这些氢气（电子给体），还需要电子受体，而这一受体广泛分布于大多数岩层中，并且具有高度迁移性，在硫、氮、碳这些微生物代谢核心元素的生物地球化学循环中起着关键作用。
当相对稳定的氧化还原对（如氢气和过氧化氢）形成后，氧化还原梯度便可以快速建立，并进一步与地下水和岩石中的铁发生反应。即使是这样局部的氧化还原条件，也可以将二价铁氧化为三价铁，或是将三价铁还原为二价铁。随着铁参与其中，电子就能进一步在碳、硫、氮等生命必需元素之间流动。研究团队将这种能量机制比喻成一种长期的 “电池” 或是 “地下电网”，形象地说明了其能够源源不断地为地下生命提供能量。
在这个过程中，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 +2 价与 +3 价两种状态之间反复 “循环”，持续释放电子，为微生物提供可直接取用的能量。可以说，这些微生物不需要光合作用，只需沿着电子梯度 “充电” 即可生存。
地震活动：局部但关键的影响从总量来看，地震导致的岩石破裂释放的氢气与其他一些过程相比其实并不多。研究团队根据地震震级、断层面密度和地震频率估算，全球地震每年至少会产生 1.1×10³ 摩尔氢气，这个数字比辐射性岩石和蛇纹石化，以及海洋系统中海水与岩石的反应低很多。
然而，如果从单位面积看，岩石破裂局部氢气的产生速率却很高，可以达到每平方米每年 33.1 摩尔，这个数字比辐射分解水和蛇纹石化至少高出 5 个数量级。这样局部的产氢速率对维持岩石内栖息的微生物生命至关重要，特别是在一些开放裂隙内。在这些活动的断层中，形成了一个个微生物活动与多样性的局部热点。也就是说，虽然地震产生的氢气总量不占优势，但在其发生的局部区域，却能为微生物提供极为关键的能量支持。
这种由地震诱发的矿物 - 水界面自由基反应为深部生命提供了重要的能量来源，所建立的氧化还原梯度促使矿物与生命进行物质交换和能量转化，支持了深部地下微生物群落的生长、繁殖和多种代谢活动。而且，这种反应并不一定要强烈的地震才会发生，在一些构造活动平静的地区，甚至是在一些已经停止构造活动的行星内部，当压力分布发生变化时，岩石的破裂也可能会发生类似反应。
这项关于地壳深处微生物能量获取方式的研究，极大地拓展了人们对生命基础的理解边界，揭示了深部地下生物圈的能量来源和生态多样性成因。它挑战了 “万物生长靠太阳” 的传统认识，让我们看到生命在极端环境下顽强生存的独特策略。同时，也为我们在探索宇宙中其他星球是否存在生命提供了新的思路和方向，或许在火星古老断层或木卫二冰壳裂缝中，也存在着类似依靠这种能量机制生存的 “暗生命” 。未来，科学家们也将继续深入研究，进一步揭开这神秘地下世界的更多奥秘。
发布于：辽宁省