干洗店用的一种东西，居然跟生命起源有关系？（上）

说到生命起源你会想到什么？女娲造人的神话还是“原始汤”理论？好像都有点神秘而遥远……

其实，在咖啡店、干洗店等地方，有一种东西，就跟生命起源有关系。

（图片来源：veer图库）

它，就是超临界二氧化碳。

超临界二氧化碳：能溶天下难溶之物

超临界态是物质在高于临界温度和临界压力下的一种特殊状态，超临界状态下的流体既不是气体，也不是液体，但它却同时兼备气体和液体的理化性质。当二氧化碳所处的温压条件达到或超过31℃和7.3 MPa时，就将以超临界二氧化碳流体形式存在。

超临界二氧化碳具备较强的溶解能力和诸多反应特性，已被广泛应用在化工反应和分离提纯领域中。超临界二氧化碳可以定向萃取不同的分子，例如：去除咖啡豆中的咖啡因；自苦味花中萃取出可放在啤酒内的啤酒香气成分；获得纯度较高的植物油脂、维生素E等物质。由于传统干洗剂具有一定毒性，超临界二氧化碳也被应用到纺织衣物和半导体等产品的干洗行业中。

你以为超临界二氧化碳只能在干洗店和化学实验室有用？naive，它可能是生命起源的重要一环！

日前，中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室以及深海中心的研究人员在深海热液区首次观测到超临界二氧化碳流体的喷发。此次观测到的超临界二氧化碳中含有大量氮气和有机组分，这为生命起源以及初始有机质的形成提供了新的启示。该成果近日以封面文章的形式在综合类权威期刊《科学通报》英文版（Science Bulletin）上正式发表（图1）。

图1：《科学通报》第65卷11期封面（图片来源：作者提供）

深海里的超临界二氧化碳，溶解了什么？

在2016年“科学”号的热液航次中，中国科学院海洋研究所的研究人员利用我国自主研发的深海激光拉曼光谱原位探测系统（RiP）在深海热液区（1400 m）发现了具有超临界二氧化碳流体喷发的热液喷口（图2）。同时利用热液温度探针对该区域的热液喷口和超临界二氧化碳喷口进行了探测。测量结果表明超临界二氧化碳喷口温度约为95°C，已经超过了二氧化碳的临界条件（31°C，7.3MPa）。

图2：超临界二氧化碳流体喷发位置及原位拉曼光谱探测（图片来源：作者提供）

为了进一步确定深海热液区喷出的二氧化碳流体的相态，研究人员利用实验室的深海极端环境模拟系统对不同温压条件下的二氧化碳进行了测量（图3），发现在深海热液区原位获取的二氧化碳拉曼谱峰在频移、半峰宽等光谱参数上与实验室内测量的超临界二氧化碳是完全一致的，进一步确认了深海热液区喷发二氧化碳的超临界相态。

图3 深海原位采集的二氧化碳流体与实验室内不同相态二氧化碳流体的拉曼光谱特征对比。其中红色的光谱线为在深海热液区采集到的超临界二氧化碳流体的拉曼光谱；粉色的光谱线为在实验室相同温压条件下采集的超临界二氧化碳的拉曼光谱；而绿色和蓝色的光谱线则是在实验室采集的液态和溶解态二氧化碳的拉曼光谱（图片来源：作者提供）

在深海热液区原位获取的超临界二氧化碳流体的拉曼光谱中不仅含有甲烷、硫化氢、硫酸根等组分的拉曼特征峰，还含有大量的氮气以及多个未知组分的拉曼峰，这很可能为早期地球生命起源提供了新的线索。

单从拉曼光谱信息上很难确定未知峰对应的化学物质，但是拉曼特征峰的峰位可以反映化学键的信息。对拉曼特征峰的分析表明，这些未知峰大多与C-H、C-C、C-N、N-H有关（图4），这证明冲绳海槽南部热液区喷发的超临界二氧化碳流体中很可能含有大量有机物质。考虑到超临界二氧化碳在甲酸、氨基酸等有机合成中的重要作用，这些未知的有机物很有可能与氨基酸合成相关。