自然界中哪些物體能進行光合作用呢？相信小夥伴的答案應該有：植物、細菌、藻類。
那麽你知道嗎？在自然界中還有一種物體能進行光合作用，那就是——石頭！
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”的岩石上其實也發生著能量的轉移。
2019年4月22日，《美國科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）在線發表了北京大學地球與空間科學學院魯安懷、李豔和丁竑瑞以及物理學院劉開輝與美國Virgi年 Tech大學Michael F. Hochella Jr.等合作完成的題為“Photoelectric conversion on Earth’s surface via widespread Fe- and Mn-mineral coatings”（地表鐵錳氧化物礦物膜轉化太陽能光電效應）的研究成果。
地球陸地上有機生物和無機礦物共同暴露在陽光下。眾所周知的是，數十億年來有機生物進化出複雜而精巧的胞內光合作用系統，可將太陽能轉化為生物化學能，這一機制已得到深刻認識與廣泛利用。然而，在自然界尚未觀察到非生物的太陽光收集與利用系統，即暴露在太陽光下地球表面廣泛分布的天然礦物，其長期受到太陽光異塵餘生的響應機制，一直未被認識與利用。
魯安懷等率先在自然界發現了無機礦物轉化太陽能系統，提出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”。
他們通過對中國北方戈壁、沙漠以及南方喀斯特和紅壤等典型地貌中岩石/土壤樣品的深入系統觀測分析，發現直接暴露在太陽光下的岩石/土壤顆粒體表面普遍被一層鐵錳（氫氧）氧化物“礦物膜”（mineral coating）所覆蓋。“礦物膜”厚度從數十納米到上百微米不等，其結構構造與化學成分顯著區別於被包覆的岩石或土壤，富含水鈉錳礦、針鐵礦、赤鐵礦等天然半導體礦物，呈現出“膜”狀結構構造特徵。特別地，“礦物膜”產出特徵和發育狀況與日照關係極為密切，如富錳礦物僅在日光照射下的紅壤礦物顆粒、喀斯特和戈壁岩石正面“礦物膜”中出現，常見於半導體性能優良的層狀結構水鈉錳礦，而無光照的岩石背面則不富集水鈉錳礦。在全球陸地系統中，深色富錳“礦物膜”的分布恰與太陽光的強異塵餘生區域相吻合。
此現象在類地行星表面也有發現，如火星表面同樣發現深色富錳“礦物膜”存在於裸露岩石表面的證據。這一發現還表明，在錳化合物光電轉化性能上，岩石/土壤表面接受太陽光異塵餘生的富錳“礦物膜”與生物光合作用系統PSII光反應釋氧活性中心為錳簇（配）合物，具有異曲同工之妙。
全球陸地地表“礦物膜”分布與日照異塵餘生強度
研究人員通過應用將微區與原位光電測試手段，直接測定天然“礦物膜”半導體光電效應，獲 得“礦物膜”與基岩高空間分辨率（微米）光電流信號面分布結果。研究還發現富鐵錳“礦物膜”區域表現出顯著的光電流信號，而無鐵錳元素富集的基岩不產生光電流響應，這揭示出天然“礦物膜”具有穩定、靈敏的日光光子—光電子轉換能力，獲得其在一定波長下具有恆定光電轉化效率（IPCE）的新認識，證實地球陸地上無機礦物也是太陽光能量吸收與轉化的一類重要物質。
在陽光普照的大地上，到處都存在這種具有日光光電轉化半導體效應的“礦物膜”，是地球上分布最廣的太陽能薄膜“新圈層”。“新圈層”承載了吸收轉化太陽能並驅動元素地球化學循環、地球物質演化與地球環境演變等重要功能。
類似人工太陽能薄膜功能的地表天然“礦物膜”構成了地球“新圈層”
在“礦物膜”光化學反應中，鐵（Fe）、錳（Mn）元素在其中扮演了至關重要的角色。水分子在生物光合作用中裂解釋放出氧氣發生在含錳的蛋白質複合物上，在岩石的表面，錳和鐵元素富集的區域與模擬日光照射下光電轉化信號顯著的區域相吻合。
同時，光照強度與“礦物膜”的產生至關重要。在日光照射下，岩石正面出現了富錳“礦物膜”，而在沒有接受到陽光照射的岩石背面，卻沒有“礦物膜”的出現。在全球陸地系統分布圖中，富錳“礦物膜”的分布區域恰好與陽光異塵餘生強度大區域一致。
這種“礦物膜”能夠穩定地將太陽光光子轉換為光電子，在特定的波長條件下具有恆定光電轉換效率，這也證實了無機礦物也是一種能吸收、利用、轉換太陽能量的物質。由“礦物膜”形成的“新圈層”在地球化學循環、地球物質演化與地球環境演變中起了重要的作用。
這項研究拓展了我們對自然界太陽能利用途徑的認識，同時為研究光合作用系統的起源和人工光合作用提供了新的視角。
看到這個消息，有網友調侃說，看來《西遊記》中孫悟空在無數個日日夜夜接收日月之精華後終於被孕育而出，是有科學依據的啊。
參考：
https://www.pnas.org/content/116/20/9741
https://phys.org/news/2019-04-naturally-photocurrents-inorganic-mineral.html
香港九龍灣馬來街興發大廈15樓D室