Mägises rohelises ülikoolilinnas Washingtonis asuvad Carnegie teadusinstituudi kaks osakonda: geofüüsikaline laboratoorium ja omapärase nimega maapealse magnetismi osakond. Asutuse asutamise ajal 1902. aastal oli mere magnetvälja mõõtmine merekaartide koostajate jaoks hädavajalik teaduslik vajadus. Nüüd on siin töötavatel inimestel - näiteks Bob Hazenil - põhjapanevamad probleemid. Hazen ja tema kolleegid kasutavad asutuse „survepomme” - luubiboksi suuruseid metallisilindreid, mis pigistavad mineraale maakeral leiduvate meeletult kõrgete temperatuuride ja rõhkudeni ning kuumutavad neid - selleks, et dešifreerida midagi muud kui elu päritolu.
Sellest loost
[×] SULETUD
Mineralogist Bob Hazen räägib sellest, mida ta armastab kõndida mööda Chesapeake'i lahe rannikut, jahtida liiva sisse peidetud fossiilide ja haihammaste pärast
Video: saladuste avastamine mererannas
Seotud sisu
- Kosmilise tolmu saladused
- Teooria päritolu kohta
- Maa-alused üllatused
Mineralogist Hazen uurib, kuidas moodustusid esimesed orgaanilised kemikaalid - selliseid, mida leidub elusas olekus, ja leidsid nad üksteist seejärel juba neli miljardit aastat tagasi. Ta alustas seda uurimistööd 1996. aastal, umbes kaks aastakümmet pärast seda, kui teadlased avastasid hüdrotermilised õhuavad - praod sügavas ookeanipõhjas, kus vesi kuumutatakse sula kivimiga sadadesse Fahrenheiti kraadidesse. Ventilatsiooniavad õhutavad kummalisi veealuseid ökosüsteeme, kus elavad hiiglaslikud ussid, pimedad krevetid ja väävlit söövad bakterid. Hazen ja tema kolleegid uskusid, et elu algab keerukas kõrgrõhuava keskkond - rikkalike mineraalide ja lõhedega, mis muudavad kuuma veega külmaks -.
Hazen mõistis, et saab selle teooria kontrollimiseks kasutada survepommi. Seade (tehniliselt tuntud kui „sisemiselt soojendatav, gaasikeskkonna rõhuanum”) on nagu ülikõrge võimsusega köögis kasutatav keeduplaat, mille temperatuurid ületavad 1800 kraadi ja rõhk kuni 10 000 korda kõrgem kui atmosfääris merepinnal. (Kui midagi peaks valesti minema, võib järgnev plahvatus viia laborihoone suure osa välja; operaator juhib survepommi soomustõkke tagant.)
Esimeses seadmega tehtud katses ümbritses Hazen paar milligrammi vett, orgaanilist kemikaali, mida nimetatakse püruvaadiks, ja pulbrit, mis tekitab süsinikdioksiidi, kõik väikesesse kuldkapslisse (mis ei reageeri seespool asuvate kemikaalidega), mille ta oli keevitanud. ise. Ta pani rõhupommisse kolm kapslit 480 kraadi ja 2000 atmosfääri juures. Ja siis ta läks lõunale. Kui ta kaks tundi hiljem kapslid välja võttis, oli sisu muutunud kümneteks tuhandeteks erinevateks ühenditeks. Hilisemates katsetes ühendas ta lämmastiku, ammoniaagi ja muud varakult leiduvad molekulid. Nendes katsetes lõid Hazen ja tema kolleegid igasuguseid orgaanilisi molekule, sealhulgas aminohappeid ja suhkruid - elu värk.
Hazeni katsed tähistasid pöördepunkti. Enne neid oli elukontrolli uurimist juhtinud Charles Darwini enda 1871. aastal kirjutatud stsenaarium: “Aga kui (ja oi kui suur, kui suur!) Võiksime mõelda mõnes soojas väikeses tiigis koos igasuguse ammoniaagiga ning fosforisoolad, valgus, soojus, elekter jms., mis moodustasid proteiine ühendi, mis oli keemiliselt valmis veel keerukamateks muutusteks ... ”
1952. aastal üritas Chicago ülikooli keemia magistrant Stanley Miller luua Darwini unistust. Miller pani paika veega varustava konteineri (mis esindab varajast ookeani), mis on klaasist torude abil ühendatud ammoniaagi, metaani ja vesiniku sisaldusega - segu, mida arvasid tollased teadlased varajases atmosfääris. Leek soojendas vett, suunates auru ülespoole. Atmosfäärikolvis simuleerisid elektrisädemed välku. Katse oli nii pikk, et Milleri nõunik Harold Urey pidas seda aja raiskamiseks. Kuid järgmise paari päeva jooksul muutus vesi sügavpunaseks. Miller oli loonud aminohapete puljongi.
Nelikümmend neli aastat hiljem näitasid Bob Hazeni survepommieksperimendid, et mitte ainult välktormid, vaid ka hüdrotermilised õhuavad võisid elu põhjustada. Tema töö viis ta peagi üllatavama järelduseni: selgub, et elu põhimolekulid on võimelised moodustuma kõikvõimalikes kohtades: hüdrotermiliste õhuavade lähedal, vulkaanide lähedal, isegi meteoriitidel. Avakosmosekivide lõhenemisel on astrobioloogid avastanud RNA-st ja DNA-st leitud aminohapped, suhkrute ja rasvhapetega sarnased ühendid ning nukleobaasid. Nii et on isegi võimalik, et mõned esimesed maakera elu põhiosad tulid kosmosest.
Hazeni leiud tulid soodsal ajal. "Mõni aasta varem oleksime elu päritolu kogukonnast välja naernud, " ütleb ta. Kuid NASA, asutades seejärel oma astrobioloogiaprogrammi, otsis tõendeid selle kohta, et elu võis areneda veidras keskkonnas - näiteks teistel planeetidel või nende kuudel. "NASA soovis [Euroopas] Euroopasse, Titanile, Ganymedesse, Callistosse ja Marsile mineku õigustamist, " ütleb Hazen. Kui seal eksisteerib elu, on see tõenäoliselt pinna all, soojas, kõrgrõhukeskkonnas.
Maa peal öeldes ütleb Hazen, et 2000. aastaks oli ta jõudnud järeldusele, et “elu põhiliste ehitusplokkide tegemine on lihtne”. Raskem küsimus: kuidas õiged ehitusplokid ühendati? Aminohappeid on mitmel kujul, kuid ainult mõned neist kasutavad elusad asjad valkude moodustamiseks. Kuidas nad üksteist leidsid?
Carnegie Instituudi laboratooriumi akendatud nurgas joonistab Hazen märkmikule molekule ja visandab varasemad sammud eluteel. "Meil on prebiootiline ookean ja ookeanipõhjas on teil kive, " ütleb ta. "Ja põhimõtteliselt on siin molekulid, mis hõljuvad lahuses ringi, kuid see on väga lahja supp." Varase ookeani äsja moodustatud aminohappe jaoks pidi see olema tõepoolest üksildane elu. Tuttav fraas “ürgne supp” kõlab rikkalikult ja paksult, kuid see polnud veiselihahautis. See oli ilmselt vaid mõni molekul siin-seal suures ookeanis. "Seega on tõenäosus, et siin olev molekul põrkub sellesse ja siis toimub keemiline reaktsioon, et moodustada mingi suurem struktuur, vaid lõpmatuseni väikesed, " jätkab Hazen. Ta arvab, et kivimid - olgu need hüdrotermiliste õhuavade ümber kuhjuvad maagi ladestused või pinnale tõusulaineid ühendavad kivimaardlad - võisid olla matšpallurid, kes aitasid üksildastel aminohapetel üksteist leida.
Kivimitel on tekstuur, nii läikiv kui ka sile või karge ja kare. Ka mineraalide pinnal olevatel molekulidel on tekstuur. Vesinikuaatomid liiguvad mineraali pinnal ja väljaspool seda, samas kui elektronid reageerivad läheduses asuvatele erinevatele molekulidele. Mineraali läheduses triiviv aminohape võiks selle pinnale meelitada. Aminohapete bitid võivad moodustada sideme; moodustage piisavalt sidemeid ja teil on valk.
Tagasi Carnegie laboris uurivad Hazeni kolleegid selle kohtumõistmise esimest sammu: Kateryna Klochko valmistab ette eksperimenti, mis koos teiste katsete ja rohke matemaatikaga peaks näitama, kuidas teatud molekulid mineraalide külge kleepuvad. Kas need kinnituvad mineraaliga tihedalt või kinnitub molekul vaid ühes kohas, jättes ülejäänud osa liikuvaks ja suurendades seeläbi tõenäosust, et see seob end teiste molekulidega?
Klochko saab välja nagi, plasttorud ja vajalikud vedelikud. "See saab olema väga igav ja tüütu, " hoiatab ta. Ta paneb nelja-tollise plasttorusse pisikese pulbrilise mineraalaine, seejärel lisab happesuse reguleerimiseks arginiini, aminohapet ja vedelikku. Siis, kuni gaas mullitab läbi lahuse, ootab ta ... kaheksa minutit. Töö võib tunduda tüütu, kuid see nõuab keskendumist. "See on asi, iga samm on kriitiline, " ütleb ta. “Mõlemad neist, kui teete vea, näevad andmed imelikud, kuid te ei tea, kus olete vea teinud.” Ta segab koostisosi seitse korda, seitsmesse torusse. Kuna ta töötab, tuleb raadiosse “Teadlane”: “Nooooobody saaaaid see oli hõlpsasti, ” laulab Coldplay vokalist Chris Martin.
Kahe tunni pärast lähevad proovid rotaatorisse, mis on omamoodi kiire katseklaaside jaoks mõeldud Ferriiniratas, et kogu öö segada. Hommikul mõõdab Klochko, kui palju arginiini vedelikus järele jääb; ülejäänud aminohape on kleepunud mineraalpulbri pisikeste pindade külge.
Tema ja teised teadlased kordavad sama katset erinevate mineraalide ja erinevate molekulidega, ikka ja jälle, erinevates kombinatsioonides. Eesmärk on, et Hazen ja tema kolleegid suudaksid ennustada keerulisemaid koostoimeid, nagu need, mis võisid aset leida varajastes ookeanides.
Kui kaua võtab aega, kui uuritakse, kuidas molekulid interakteeruvad mineraalidega, elu mõistmiseni? Keegi ei tea. Esiteks pole teadlased kunagi elu määratluse juurde leppinud. Kõigil on üldine ettekujutus sellest, mis see on ja et eneses kordamine ja teabe edastamine põlvest põlve on võtmetähtsusega. Gerald Joyce Californias La Jolla Scrippsi uurimisinstituudist naljatas, et määratlus peaks olema “midagi sellist, mis on räme.”
Hazeni loomingul on väljaspool elu päritolu ka muid tagajärgi. "Aminohapped, mis kleepuvad kristallide külge, on kõikjal keskkonnas, " ütleb ta. Teie keha aminohapped kleepuvad titaani liigeste külge; torude sees kasvavad bakterifilmid; kõikjal, kus valgud ja mineraalid kohtuvad, on aminohapped interaktsioonis kristallidega. "See on iga kalju, iga muld, hoone seinad, teie hammaste ja luudega interakteeruvad mikroobid, see on kõikjal, " räägib Hazen.
Nädalavahetusel taganemisel, kus avaneb vaade Chesapeake'i lahele, asub 61-aastane Hazen, läbi binokli mõnede must-valgete partide ümber, kes tiirlevad ringi ja segavad muidu veel vett. Ta arvab, et nad karjatavad kalu - käitumist, mida ta pole kunagi varem näinud. Ta kutsub oma naist Margee'i vaatama: "Seal on see puhkepeadega toimuv tõesti huvitav nähtus!"
Elutoa riiulitel on asjad, mille paar on läheduses leidnud: rannaklaas, korv mineraale ja kivistunud roosärjad, korall ja suured valgehai hambad. Ranna ääres mõõna ajal avastatud 15-aastane vaala lõualuu on laiali tükkidena söögitoa lauale, kus Hazen seda puhastab. "See oli osa elavast, hingavast vaalast, kui see oli troopiline paradiis, " ütleb ta.
Hazen jälitab oma huvi eelajaloo vastu Clevelandi lapsepõlves, kasvades fossiilsetest karjääridest kaugel. "Kogusin oma esimese trilobiidi, kui olin 9 või 10-aastane, " räägib ta. "Ma arvasin, et need on lahedad, " räägib ta miljonite aastate eest väljasurnud mere lülijalgsetest. Pärast perekonna kolimist New Jerseysse julgustas kaheksanda klassi loodusteaduste õpetaja teda läheduses asuvates linnades mineraale kontrollima. "Ta andis mulle kaardid ja andis mulle juhiseid ning andis mulle näidiseid ja mu vanemad viisid mind nendesse kohtadesse, " ütleb Hazen. "Nii et ma sain lihtsalt konksu."
Pärast paleontoloogiaklassi õppimist Massachusettsi tehnoloogiainstituudis hakkasid Hazen ja tema tulevane naine Margee Hindle trilobiite koguma. Neid on nüüd tuhandeid. "Mõned neist on uskumatult armsad, " ütleb Hazen. "See sibulakujuline nina - sa tahad neid kallistada."
Hazensi Bethesdas (Marylandis) on kodus terves trilobiidid ja keldris asuv külalistetuba - need katavad riiulid ning kirjutuslaua sahtlid ja kapid. Seal on isegi trilobiidikunst tema nüüd kasvanud laste, 34-aastase Beni, kes õpib kunstiterapeudiks, ja Lizi, 32-aastase, õpetaja poolt. "See on ülimalt armas trilobiit, " ütleb ta, ulatudes kabinetti ja võttes välja Paralejuruse . "Kuidas sa ei saa seda armastada?"
Hazen nimetab end „looduskollektsionääriks”. Pärast seda, kui ta ja Margee ostsid pildiraami, millel juhtus lihtsalt puhkpilliorkestrist foto olema, hakkasid nad ostma muid puhkpilliorkestrite pilte; lõpuks kirjutasid nad puhkpilliorkestrite - Music Men - ajaloo ja Ameerikas, kui peaaegu igal linnal oli oma oma. (Bob on trompetit professionaalselt mänginud alates 1966. aastast.) Ta on avaldanud ka 18. ja 19. sajandi luuletuste kogumi geoloogia kohta, millest enamik on tema sõnul üsna halb ( “Ja oi te, kivid! Lõhe, gneiss, whaat”) er you be / Ye mitmekesised kihid, nimed on minu jaoks liiga kõvad ” ). Kuid paar kipub asjadest mitte kinni hoidma. "Nii imelik kui see ka ei kõla, pole kollektsionäärina ma kunagi omandanud, " ütleb Bob. „Võimalus neid kinni hoida ja neid lähedalt uurida on tõesti privileeg. Kuid nad ei tohiks olla erakätes. ”Seetõttu on Hazeni bändifotode ja efemeri kogu, ca. 1818–1931, asub nüüd Ameerika ajaloo muuseumis. Harvardil on mineraalide kollektsioon, mille ta alustas kaheksandas klassis, ja hanslased annetavad praegu oma trilobiite rahvuslikule loodusmuuseumile.
Mõnda aega uurinud, kuidas mineraalid võisid elu edasi areneda, uurib Hazen nüüd võrrandi teist poolt: kuidas elu soodustas mineraalide arengut. Ta selgitab, et päikesesüsteemi eelnevas tolmuteras oli vaid kümmekond erinevat mineraali - sealhulgas teemandid ja grafiit. Veel umbes 50 moodustus päike süttinud. Maa peal eraldasid vulkaanid basalti ja plaaditektoonika tegi vask-, plii- ja tsingimaakidest. "Mineraalidest saavad mängijad sellises eepilises loos - tähtede plahvatus ja planeetide moodustumine ning plaaditektoonika käivitamine, " ütleb ta. “Ja siis mängib võtmerolli elu.” Hapniku atmosfääri viimisega võimaldas fotosüntees uut tüüpi mineraale - näiteks türkiissinist, asuriiti ja malahhiiti. Sammal ja vetikad ronisid maale, murdes kivimit ja muutes saviks, mis tegi võimalikuks suuremad taimed, mis tegi sügavama pinnase jne. Tänapäeval on teada umbes 4400 mineraalainet - neist enam kui kaks kolmandikku loodi ainult seetõttu, et elu muutis planeeti. Mõned neist loodi eranditult elusorganismide poolt.
Hazen ütleb kõikjal, kuhu ta vaatab, näeb sama põnevat protsessi: suurenevat keerukust. „Näete samu nähtusi ikka ja jälle, keeltes ja materiaalses kultuuris - elus ise. Asjad muutuvad keerukamaks. ”Hüdrotermilise õhutuskeskkonna keerukus - kuuma vee segamine külma veega kivide läheduses ja maagiladestused, mis tagavad kõvad pinnad, kus äsja moodustunud aminohapped võiksid koguneda - teeb sellest nii hea kandidaadi kui häll. elu. "Orgaanilised keemikud on juba pikka aega katseklaase kasutanud, " ütleb ta, "aga elu päritolu kasutab kivimeid, vett, atmosfääri. Kui elu on jalad saanud, juhib evolutsiooni asjaolu, et keskkond on nii muutuv. ”Mineraalid arenevad, elu tekib ja mitmekesistub ning koos nendega tulevad trilobiidid, vaalad, primaadid ja enne, kui te seda teate, puhkpilliorkestrid.
Helen Fields on Smithsoniani jaoks kirjutanud madupeakaladest ja pehmete kudede avastamisest dinosauruste fossiilides. Amanda Lucidon asub Washingtonis, DC-s
Varasel maal elatud tingimuste jäljendamiseks kasutas Bob Hazen oma Carnegie laboris kemikaalide kuumutamiseks ja kokkusurumiseks "survepommi". (Amanda Lucidon) 
Lapsepõlvest pärit fossiilide koguja Hazen, keda siin näidatakse Chesapeake'i lahe iidseid merekarpe kontrollides, on miljardeid aastaid tagasi välja pakkunud uued stsenaariumid elu alguse kohta Maal. (Amanda Lucidon) 
Teadlased otsivad elu päritolu väljaspool "sooja väikest tiiki", millest 140 aastat tagasi spekuleeris Charles Darwin. Kazenna Klochko ühendab Hazeni laboris mineraalitolmu ja aminohappeid, mis on valkude ehitusplokid. (Amanda Lucidon) 
Mõned siin näidatud meteoriidid on suurenenud ristlõikega Tšiilis leiduvatest ja sisaldavad aminohappeid, mis suurendab võimalust, et elu külvati kosmosest. (Amanda Lucidon) 
Vaatamata kõrgetele temperatuuridele ja rõhkudele on süvamere hüdrotermilistes õhuavades elavaid asju. (Teadusallikas) 
Hazen hakkas lapsena koguma trilobiite - väljasurnud mere lülijalgseid nagu see Paralejurus . (Amanda Lucidon) 
Võimalik, et esimesed orgaanilised molekulid vajasid kivisid nende kokkuviimiseks, ütles Hazen koos oma naise Margeega nende nädalavahetuse Chesapeake'i lahe lähedal. Kuid suhe kulgeb mõlemas suunas: kui elusad asjad loodi, lõid nad uusi mineraale. (Amanda Lucidon)
