地外有机质研究对于揭示地球前生期演化、生命起源、和地外生命痕迹探测有重要意义，是很多太空任务的重要科学目标。月球有机质探查极具挑战性，以往“阿波罗”计划的月球样品中检出的有机质，大多来自地球污染。近期，中国科学院广州地球化学研究所张干研究员带领由原有机地球化学国家重点实验室科研骨干组成的研究团队，综合运用多种技术方法，首次对我国 “嫦娥五号”任务返回的月壤样品中可能存在的有机质进行了探查。
张干等提出了月壤样品中存在稠合芳香有机质的科学假设，制定了使用苯多羧酸（BPCA）分子探针技术，识别和量化月球样品中稠环芳香物质的技术方案。实验结果表明，“嫦娥五号”月壤样品（CE5C0400YJFM00506）中存在可识别和定量的稠环芳香物质（图1），其含量达5.0–9.2 ppm（均值：7.4 ± 1.4 ppm。ppm即百万分之一）。研究团队还发现，相比于地球类似物（如木炭、烟炱、干酪根等黑碳物质），由月壤样品中的稠环芳香物质所衍生的BPCA分子组成具有鲜明的特异性（图2），芳环稠合度极高，呈现出与4 nm大小石墨烯相类似的结构特征。
图1 “嫦娥五号”月壤样品（CE5C0400YJFM00506）中稠环芳香有机质（作为BPCA）的UPLC-MS/MS质量色谱图
图2 “嫦娥五号”月壤样品（CE5C0400YJFM00506）中稠环芳香有机质衍生苯多羧酸（BPCA）的分子组成（左上角,深红色）显著区别于地球类似物（粉红色，不同类型和不同演化程度地球岩石干酪根；绿色，不同热演化木炭；橘黄色，烟炱；蓝色，焦炭；黑色，富勒烯和碳纳米管）
进一步地，研究团队测定了月壤样品中稠环芳香物质所衍生的BPCA化合物（B6CA、B5CA）的单体稳定碳同位素组成（δ13C），其值为：−5.0 ± 0.6‰至+3.6 ± 1.3‰，这显著高于地球有机质的δ13C值，排除了月壤中稠环芳香物质来自地球人为污染的可能性。
陨石撞击是月壤稠环芳香物质最为可能的来源途径。研究所测得的月壤稠环芳香物质的δ13C值，高于陨石中稠环芳香物质、但低于陨石中的非芳香有机质。研究团队认为，在陨石撞击过程中，发生了非芳香物质向稠环芳香物质的转化，即月壤中的稠环芳香有机质主要是“从头生成”的，而非直接继承自撞击月球的陨石或小行星。这一过程将使在月球表面恶劣环境下易于分解的有机质转化为更稳定的类石墨烯物质，从而有利于外源有机碳在月球表面的累积。在缺少可有效缓冲陨石撞击的行星（如火星—大气压仅为现时地球的0.75%和早期地球）上探查有机质时，这一过程也无疑值得关注。
此外，研究团队还应用热裂解-气相色谱-质谱（Py-GC-MS）、可见/荧光显微镜、拉曼光谱、可溶有机小分子（氨基酸、醛、酮、一元羧酸等）气相色谱-质谱（GC-MS）和液相色谱-质谱/质谱（UPLC-MS/MS）靶向分析等技术，对 “嫦娥五号”月壤样品中可能存在的其它类别的有机物质进行了全面探查，均未获有效检出结果。这意味着，稠环芳香物质是月壤中有机碳质的主要存在形态。
相关研究成果发表于国际学术期刊《Nature Communications》2025年第16卷。钟广财副研究员为第一作者，张干为唯一通讯作者。该研究由国家自然科学基金重大项目（42192511）、重点项目（42030715）、中国科学院重点部署项目（ZDBS-SSW-JSC007-8）资助。
论文信息：Guangcai Zhong（钟广财）,Xin Yi（怡欣）,Shutao Gao（高淑涛）,Shizhen Zhao（赵时真）,Yangzhi Mo（莫扬之）,Lele Tian（田乐乐）,Buqing Xu（徐步青）,Fu Wang（王甫）,Yuhong Liao（廖玉宏）,Tengfei Li（李腾飞）,Liangliang Wu（吴亮亮）,Yunpeng Wang（王云鹏）,Yingjun Chen（陈颖军）,Yue Xu（徐玥）,Sanyuan Zhu（朱三元）,Linbo Yu（于琳波）,Jun Li（李军）,Ping'an Peng（彭平安） & Gan Zhang（张干）*. Polycyclic aromatics in the Chang'E 5 lunar soils. Nature Communication,16,3622 (2025).
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58865-5
附件下载：