在国际上开辟矿物光电子能量研究新领域

　　我们在重大科学前沿领域两个国家973项目连续资助下，在已知的太阳光子和元素价电子两种最基本能量形式基础上，新提出矿物光电子是地表第三种能量形式的学说，为生命起源与生物演化提供能量来源。拓展了经典的光合作用模型，为地表过程吸收利用太阳能提供新的模式。

　　地球早期生命起源过程中所需要的持续的能量来源问题一直困扰着学术界。我们曾提出光电子是半导体矿物受光激发所产生的，早期地表大量存在的硫化物半导体矿物、强烈的太阳光以及还原性的环境有利于矿物光电子的产生及分离。较高能量光电子可有效还原大气CO2为小分子有机物，为早期生命起源提供所需的基本物质，是实现非生物途径促进生命起源的第一步。传统经典理论认为，地球上微生物生命活动的能量来源主要是以太阳能和化学物质储存的能量。相应地，光能营养与化能营养成为地球上微生物生长代谢的两种基本营养模式。我们研究提出天然半导体矿物光电子，可沿着半导体矿物与微生物之间所形成的长程电子传递链最终传递给微生物，促进非光合微生物生物量1－3个数量级的显著增长，新发现了第三种微生物营养模式—光电能营养。我们新近还发现地表土壤、戈壁、沙漠、石漠和黄土等自然地貌中，岩石表面普遍包覆着数十微米厚的铁锰氧化物半导体矿物“薄膜”，新提出这一地表半导体矿物“薄膜”是非传统光合作用过程转化利用太阳能的关键媒介，为从微米-纳米尺度上认识与理解地表新圈层的地球化学过程提出了崭新视角。

　　图1 自然界土壤系统中半导体矿物日光催化作用促进非光合能微生物生长代谢

　　矿物光电子能量研究成果发表在《Nature Communications》和《Elements》等著名SCI刊物上。围绕矿物光电子能量学说，中美两国国家自然科学基金会于2015年3月在北京大学联合举办双边学术论坛活动。鲁安怀以第一客座主编在国际地学一流SCI刊物《Elements》上发表研究专辑（为第一位亚洲学者在该刊主编专辑），在该刊创刊十周年纪念大会上做主题报告。他还就矿物光电子能量研究成果，在第21届国际矿物学大会（21th IMA）做大会报告。已产生了较为广泛的国际学术影响。国际同行评价认为，这是一项杰出的令人振奋的具有突破性进展的研究工作，将可能改变人类长期以来对地球上微生物生命活动、能源获取与利用方式的认识。也为揭示地球早期生命起源与演化提供了新思路，在研究地球早期生命活动所需能量及寻找地外生命活动等方面具有重要意义。