研究人员在深海热液喷口附近发现了无机纳米结构，这些结构与我们所知的生命必需分子极为相似。这些纳米结构具有自组织能力，能够作为选择性离子通道，产生可以转化为电能的能量。此项发现加深了我们对生命起源的理解，并提供了工业蓝色能源收集的潜在应用。
由日本理化学研究所可持续资源科学中心（CSRS）及东京科技大学地球生命科学研究所（ELSI）的中村龙兵领衔，研究人员发现了围绕深海热液喷口的无机纳米结构。这些结构与生命维持分子极为相似，具有自我组织的能力，并作为选择性离子通道，产生可转化为电力的能量。该研究成果于9月25日在《自然通讯》上发表，不仅加深了我们对生命起源的理解，还暗示了在工业蓝色能源收集方面的应用。
当海水通过海底裂缝渗入地球深处时，被岩浆加热，然后上升到地表，并通过称为热液喷口的裂缝排放回海洋。加热的水中含有在深处旅程中获得的溶解矿物质，当它遇到较冷的海水时，化学反应导致矿物离子沉淀，形成喷口附近的固体结构。
由于热液喷口提供稳定的矿物质丰富的环境，并作为必需能量来源，因此被认为是地球上生命的摇篮。地球上相当一部分生命依赖于渗透能，这种能量由活细胞内外的离子梯度（盐和质子的浓度差异）产生。来自理化学研究所CSRS的研究人员专注于蛇纹石宿主的热液喷口，这些喷口的复杂分层矿物沉淀由金属氧化物、氢氧化物和碳酸盐组成。“出乎意料的是，我们发现渗透能转化，这一当今植物、动物和微生物生命中的关键过程，可以在地质环境中无机发生，”中村解释道。
研究涉及的样品来自位于深达5743米的太平洋马里亚纳海沟的深海渗漏场。一个显著的样品尺寸为84厘米，主要由氢氧化镁组成。使用光学显微镜和微米级X射线扫描，团队发现氢氧化镁晶体排列成连续的柱状，作为喷口流体的纳米通道。研究人员观察到沉淀物表面带有电荷，表面电荷的大小和极性（正或负）存在差异。他们意识到，具有可变电荷的结构化纳米孔对渗透能转化至关重要，因此继续调查这种过程是否在深海的无机岩石中自然发生。
研究小组使用电极测量样品的电流-电压特性。当暴露于高浓度氯化钾时，电导率与纳米孔表面的盐浓度成正比。然而，在较低浓度下，电导率保持恒定，并受到沉淀物表面局部电荷的影响。这种电荷调节的离子运输类似于生物细胞中，包括神经元中存在的电压门控离子通道的功能。
通过使用与深海环境典型的化学梯度测试样品，研究人员证明纳米孔作为选择性离子通道发挥作用。例如，在碳酸盐附着在表面的区域，纳米孔允许正钠离子通过。相反，在表面有钙的纳米孔中，仅允许负氯离子通过。
中村表示：“在深海热液喷口发现的离子通道的自发形成对理解地球乃至其他地方生命的起源具有深远的影响。具体来说，我们的研究揭示了渗透能转化这个今天在生物体中关键功能如何能够在地质环境中无机发生。”
工业发电通常利用海水和河水之间的盐度差异来获取能量，这种技术被称为蓝色能源收集。中村认为，深入了解纳米孔结构在热液喷口自发形成的机制可能有助于工程师开发改进的合成方法，从而利用渗透转化生成电能。
