A dombvidéki zöld egyetemen Washington DC-ben található a Carnegie Tudományos Intézet két osztálya: a Geofizikai Laboratórium és a furcsa nevű Földi Mágnesesség Tanszék. Az intézmény megalakulásakor, 1902-ben a föld mágneses mezőjének mérése a tengeri térképek készítőinek sürgető tudományos igénye volt. Most az itt dolgozó embereknek - például olyanoknak, mint Bob Hazen - alapvető aggodalmaik vannak. Hazen és kollégái az intézmény „nyomás bombáit” - fúródoboz méretű fém hengereket - amelyek az ásványokat préselik és melegítik az ásványi magas hőmérsékleten és a földön belüli nyomásig - megemlítik az élet eredete mellett.
Ebből a történetből
[×] BEZÁR
Bob Hazen mineralogista beszél arról, amit szereti a Chesapeake-öböl partja mentén járni, kövületeket és a homokba rejtett cápafogakat vadászni
Videó: Titkok felfedezése a tengerparton
kapcsolodo tartalom
- A titkok a kozmikus porban
- Az elmélet eredetéről
- Földalatti meglepetések
Hazen, egy ásványológus, azt vizsgálja, hogy miként alakultak ki az első szerves vegyi anyagok - az élőben megtalálható fajok -, majd majdnem négymilliárd évvel ezelőtt találták meg egymást. Ezt a kutatást 1996-ban kezdte, kb. Két évtizeddel azután, hogy a tudósok hidrotermikus szellőzőnyílásokat fedeztek fel - repedéseket az óceán mélyén, ahol a vizet olvadt kőzet több száz Fahrenheit fokra hevíti. A szellőzőnyílások furcsa víz alatti ökoszisztémákat táplálnak, amelyekben óriás férgek, vak garnélarák és ként fogyasztó baktériumok élnek. Hazen és munkatársai úgy gondolták, hogy az összetett, nagynyomású szellőzőkörnyezet - gazdag ásványi lerakódásokkal és hasadásokkal, amelyek forró vizet hidegvé tesznek - lehetnek ott, ahol az élet kezdődik.
Hazen rájött, hogy a nyomás bomba felhasználhatja ezen elmélet tesztelésére. A készülék (műszakilag „belsőleg fűtött, gázhordozó nyomástartó edény”) olyan, mint egy nagy teljesítményű konyhai főzőlap, amely 1800 fokot meghaladó hőmérsékletet és a tengerszint feletti légkör 10 000-szeresének megfelelő nyomást eredményez. (Ha valami rosszul fordul elő, az azt követő robbanás a laboratóriumi épület egy nagy részét kivezetheti; az üzemeltető a nyomás bombát egy páncélozott gát mögött hajtja.)
Az eszközzel végzett első kísérletében Hazen néhány milligramm vizet, egy piruvátnak nevezett szerves vegyi anyagot és egy port állít elő, amely szén-dioxidot termel egy kis arany kapszulába (amely nem reagál a belső vegyi anyagokkal), amelyet hegesztett. saját maga. Három kapszulát helyezett a nyomás bombabe 480 fokos és 2000 atmoszférás hőmérsékleten. Aztán ebédre ment. Amikor két órával később kivette a kapszulát, a tartalma több tízezer különféle vegyületté változott. Későbbi kísérletekben kombinálta a nitrogént, az ammóniát és más molekulákat, amelyek valószínűleg jelen vannak a korai földön. Ezekben a kísérletekben Hazen és munkatársai mindenféle szerves molekulát létrehoztak, beleértve az aminosavakat és a cukrokat - az élet cuccát.
Hazen kísérletei fordulópontot jelentettek. Előtte az élet-kutatást egy Charles Darwin 1871-es forgatókönyve vezérelte: „De ha (és Ó, milyen nagy, ha!) Elképzelhetünk egy meleg kis tóban, mindenféle ammóniával és a foszforsók, a fény, a hő, az elektromosság stb. jelenléte azt mutatja, hogy egy fehérjevegyület kémiailag képződik, készen áll még komplexebb változásokon való átalakulásra ... "
1952-ben Stanley Miller, a Chicagói Egyetem kémiai hallgatója megpróbálta Darwin álmát megvalósítani. Miller egy tartályt állított fel, amely víztartalmú (a korai óceánt ábrázoló) üvegcsövekkel az ammóniát, metánt és hidrogént tartalmazó tartályhoz csatlakozik - a mai tudósok szerint a korai légkört közelítik meg. Láng hevítette a vizet, és felszívta a gőzt. A légköri lombikban az elektromos szikra villámot szimulált. A kísérlet olyan hosszú lövés volt, hogy Miller tanácsadója, Harold Urey idő pazarlásának gondolta. De a következő napokban a víz mélyvörösre vált. Miller készített egy aminosav tápközeget.
Negyvennégy évvel később Bob Hazen nyomásbomba-kísérletei azt mutatják, hogy nemcsak a villámlások, hanem a hidrotermikus szellőzőnyílások is potenciálisan életet idézhetnek elő. Munkája hamarosan meglepőbb következtetésre jutott: az élet alapvető molekulái, kiderül, mindenféle helyen képesek képződni: hidrotermikus szellőzők közelében, vulkánokon, akár meteoritokon is. A nyílt terek szikláinak feltörésekor az asztrobiológusok felfedezték az aminosavakat, a cukrokhoz és zsírsavakhoz hasonló vegyületeket, valamint az RNS-ben és a DNS-ben található nukleobázisokat. Tehát még az is lehetséges, hogy a földön az élet első építőelemei a világűrből származnak.
Hazen megállapításai kedvező időben érkeztek. „Néhány évvel ezelőtt ki nevetettünk bennünket az élet kezdete közösségből” - mondja. A NASA, majd az asztrobiológiai program elindításakor bizonyítékokat keresett arra, hogy az élet furcsa környezetben alakulhatott ki - például más bolygókon vagy holdaikon. "A NASA igazolta, hogy indul Európa, Titan, Ganymede, Callisto, Mars felé." - mondja Hazen. Ha élet létezik ott, akkor valószínűleg a felszín alatt lesz, meleg, magas nyomású környezetben.
Hazen, a földön Hazen azt mondja, hogy 2000-re arra a következtetésre jutott, hogy „az élet alapvető építőelemeit könnyű előállítani.” Nehezebb kérdés: Hogyan épültek be a megfelelő építőelemek? Az aminosavak többféle formában vannak, de csak néhányat használnak élőlények fehérjeképzéshez. Hogyan találták meg egymást?
A Carnegie Intézet laboratóriumi épületének ablakos sarkában Hazen molekulákat rajzol egy jegyzettömbre, és felvázolja az élet legkorábbi lépéseit. "Van egy prebiotikus óceánunk, és lefelé az óceán fenekén, sziklák vannak" - mondja. "És alapvetően itt vannak olyan molekulák, amelyek oldatban körül úsznak, de ez egy nagyon híg leves." A korai óceánban újonnan kialakult aminosavnak valóban magányos életnek kellett lennie. Az ismerős „elsődleges leves” kifejezés gazdagnak és vastagnak tűnik, de nem marhapörkölt. Valószínűleg csak néhány molekula volt itt-ott egy hatalmas óceánban. "Tehát a molekulák esélye arra, hogy ebbe beleakadjanak, és valójában egy kémiai reakció valamilyen nagyobb szerkezetet hozzon létre, csak végtelenül kicsi" - folytatja Hazen. Úgy gondolja, hogy a sziklák - akár a hidrotermikus szellőzőnyílások körül felhalmozódó érclerakódások, akár azok, amelyek az árapály medencéjét vonják össze a felszínen - valószínűleg a mérkőzéskészítők voltak, amelyek segítették a magányos aminosavak megtalálását.
A sziklák textúrájúak legyenek, akár fényesek, akár simaak, vagy sziklák és durvaak. Az ásványok felületén levő molekulák textúrájúak is. A hidrogénatomok az ásvány felületén és azon kívül vándorolnak, miközben az elektronok a közelben lévő különféle molekulákkal reagálnak. Egy ásványi anyag közelében eltolódó aminosav vonzódhat a felületéhez. Az aminosavak bitjei kötést képezhetnek; elegendő kötést képez, és kapsz egy fehérjét.
Vissza a Carnegie laboratóriumba Hazen kollégái megvizsgálják az udvarlás első lépését: Kateryna Klochko kísérletet készít, amelynek - más kísérletekkel és sok matematikával kombinálva - meg kell mutatnia, hogy bizonyos molekulák tapadnak az ásványokhoz. Szorosan tapadnak-e az ásványhoz, vagy egy molekula csak egy helyen kapcsolódik, miközben a többi marad mozgó, és ezáltal növeli annak valószínűségét, hogy más molekulákhoz kapcsolódik?
Klochko kijut egy tartóból, műanyag csövekből és a folyadékokból, amire szüksége van. "Nagyon unalmas és unalmas lesz" - figyelmezteti. Egy apró darab porított ásványt helyez egy négy hüvelykes műanyag csőbe, majd hozzáad az arginint, egy aminosavat és egy folyadékot a savasság beállításához. Ezután, amíg egy gáz buborékol át az oldaton, várakozik ... nyolc percig. A munka valószínűleg unalmasnak tűnik, de koncentrálást igényel. "Ez a helyzet, minden lépés kritikus" - mondja. „Mindegyikük, ha hibát követett el, az adatok furcsák lesznek, de nem fogja tudni, hol hibázott.” Hétszer, hét csőbe keveri az összetevőket. Míg dolgozik, a „The Scientist” megjelenik a rádióban: „A Nooooobody saaaaid könnyű volt” - énekel Chris Martin a Coldplay énekesnője.
Két óra múlva a mintákat rotátorba helyezzük, egyfajta gyors óriáskerékbe a kémcsövekhez, hogy egész éjszaka keverjük. Reggel Klochko megméri, hogy mennyi arginin maradt a folyadékban; az aminosav többi része az ásványi por apró felületéhez tapad.
Ő és más kutatók megismétlik ugyanazt a kísérletet különböző ásványi anyagokkal és különböző molekulákkal, többször és egyszerre, különböző kombinációkban. A cél az, hogy Hazen és kollégái képesek legyenek előre jelezni a bonyolultabb kölcsönhatásokat, mint például a föld korai óceánjaiban.
Mennyi időbe kerül majd annak tanulmányozása, hogyan molekulák kölcsönhatásba lépnek az ásványokkal, és megértik, hogyan kezdődött az élet? Senki sem tudja. Először is, a tudósok soha nem döntöttek az élet meghatározásáról. Mindenkinek van általános elképzelése arról, hogy mi ez, és hogy az önreplikáció és az információ nemzedékről generációra történő átadása kulcsfontosságú. Gerald Joyce, a kaliforniai La Jolla Scripps Kutatóintézetének viccel, hogy a definíciónak „valami hasonlónak kell lennie”, ami szokatlan.
Hazen munkája az élet eredein túlmutató következményekkel is jár. "Aminosavak-ragasztók a kristályokhoz mindenütt megtalálhatók a környezetben" - mondja. A szervezetben lévő aminosavak tapadnak a titán ízületekhez; baktériumfilmek nőnek a csövekben; bárhol, ahol a fehérjék és ásványi anyagok találkoznak, az aminosavak kölcsönhatásba lépnek a kristályokkal. "Ez minden szikla, minden talaj, az épület fala, mikrobái, amelyek kölcsönhatásba lépnek a fogakkal és a csontokkal, mindenütt megtalálhatók" - mondja Hazen.
Hétvégén, a 61-es Hazen, a Chesapeake-öbölre néző visszavonulásakor a távcsövek segítségével pár fekete-fehér kacsa köré robog, és az egyébként még álló vizet keveri. Azt hiszi, hogy halakat állítanak elő - olyan magatartást, amelyet még soha nem láttak. Felszólítja a feleségét, Margee-t, hogy vessen egy pillantást: "Ez a nagyon érdekes jelenség zajlik a büféfejekkel!"
A nappali polcaiban tárolják azokat a dolgokat, amelyeket a pár a közelben talált: strandpoharat, egy kosár ásványi anyagokat, és kövületeket ábrázoló jégkrém, korall és nagy fehér cápafogakat. Egy 15 millió éves bálnapofa, amelyet apály idején a tengerparton fedeztek fel, darabokra oszlik az étkezőasztalon, ahol Hazen tisztítja. "Ez egy élő, légző bálna része volt, amikor ez egy trópusi paradicsom volt" - mondja.
Hazen az őskor iránti érdeklődésében Cleveland gyermekkori nyomait fedezi fel, nem messze a fosszilis kőbányától. "9 és 10 éves koromban gyűjtöttem az első trilobitomat" - mondja. "Csak azt hittem, hogy hűvös" - mondja a tengeri ízeltlábúakról, amelyek több millió évvel ezelőtt kihaltak. Miután családja New Jersey-be költözött, nyolcadik osztályú tanára bátorította őt, hogy ellenőrizze az ásványokat a közeli városokban. "Térképeket adott nekem, útmutatásokat adott, mintákat adott nekem, és a szüleim elvitték ebbe a helyre" - mondja Hazen. - Szóval csak bekapcsoltam.
Miután a paleontológiai órát a Massachusetts Technológiai Intézetben vették részt, Hazen és Margee Hindle, leendő felesége elkezdte trilobitok gyűjtését. Most már több ezerük van. "Néhányuk hihetetlenül aranyos" - mondja Hazen. - Ez a hagymás orr - meg akarsz ölelni őket.
Hazen egész irodájában trilobitok és egy alagsori vendégszoba található a Hazens 'Bethesda-ban (Maryland), otthonukban - polcokat fednek le, íróasztalfiókok és szekrények. Van még trilobitművészetet most felnőtt gyermekei is, 34 éves Ben, aki művészeti terapeutaként tanul, és Liz, 32 éves tanár. "Ez a végső aranyos trilobit" - mondja, bemenő kabinetbe és kivezetve egy Paralejurust . - Hogy nem szereted ezt?
Hazen „természetes gyűjtőnek” nevezi magát. Miután Margee-vel megvásárolt egy képkeretet, amely éppen egy fúvószenekar fotóját készítette, más képeket vásároltak a rézfúvókáktól; végül írták a fúvószenekarok - a Music Men - történeteit, és Amerikában, amikor szinte minden városnak volt sajátja. (Bob 1966 óta profi módon játszik trombitát.) Kiadott egy 18. és 19. századi verset is, amelyek a geológiáról szólnak, és ezek többsége, mondja, nagyon rossz ( „És ó, sziklák! Ököl, gneiss, whata”) ha ti lennének / változatos rétegek, nevek túl kemények nekem ” ). De a pár nem hajlandó ragaszkodni a dolgokhoz. "Furcsa, amint ez hangzik, mint gyűjtő, soha nem voltam akvizíciós" - mondja Bob. „Nagyon kiváltság, ha képesek voltunk megtartani őket és közelről tanulmányozni őket. De nem szabad magánkézben lennie. ”Ezért van a Hazen Band Band Photo and Ephemera gyűjtemény, kb. 1818-1931, jelenleg az Amerikai Történelem Nemzeti Múzeumában található. Harvardnak megvan az ásványgyűjteménye, amelyet nyolcadik osztályban indított, és a Hazens jelenleg trilobitjait adományozza a Nemzeti Természettudományi Múzeumnak.
Miután egy ideje megvizsgálta, hogy az ásványok miként járulhattak hozzá az élet fejlődéséhez, Hazen most az egyenlet másik oldalát vizsgálja: hogyan ösztönözte az élet az ásványok fejlődését. Elmagyarázza, hogy csak körülbelül tucat különféle ásványi anyag - köztük a gyémántok és a grafit - volt a pormagban, amelyek megelőzik a Naprendszert. Körülbelül 50 újabb képződött, amikor a nap felgyulladt. A földön a vulkánok bazaltot bocsátottak ki, a lemeztektonika pedig réz-, ólom- és cinkércből készült. "Az ásványok szereplői lesznek a csillagok felrobbanásának és a bolygók kialakulásának, valamint a lemeztektonika kiváltásának epikus történetének" - mondja. „És akkor az élet kulcsszerepet játszik.” Az oxigénnek a légkörbe juttatása révén a fotoszintézis újfajta ásványi anyagokat tett lehetővé - például türkiz, azurát és malachit. Mohák és algák felmásztak a földre, lebontva a sziklát és az agyagot készítve, ami nagyobb növényeket tett lehetővé, amelyek mélyebb talajt készítettek stb. Manapság körülbelül 4400 ásványi anyag ismert - ezeknek több mint kétharmada csak azért alakult ki, mert az élet megváltoztatta a bolygót. Néhányat kizárólag élő szervezetek hoztak létre.
Hazen elmondja, bárhová néz, ugyanazt a lenyűgöző folyamatot látja: egyre összetettebbé válik. „Ugyanazokat a jelenségeket látod újra és újra, a nyelvekben és az anyagi kultúrában - maga az élet. A dolgok bonyolultabbá válnak. ”A hidrotermikus légtelenítő környezet bonyolultsága - a melegvíz összekeverése hideg vízzel a sziklák közelében, és az érclerakódások olyan kemény felületeket biztosítanak, ahol az újonnan kialakult aminosavak összegyűlhetnek -, és ez olyan jó jelölt, mint a bölcső. élet. „A biokémikusok régóta használnak kémcsöveket - mondja -, de az élet eredete sziklákat, vizet és légkört használ. Amint az élet lábakra kerül, az a tény, hogy a környezet annyira változékony, hajtja az evolúciót. ”Az ásványok fejlődnek, az élet kialakul és diverzifikálódik, és végül jönnek trilobitok, bálnák, főemlősök és, mielőtt megismernéd, rézfúvókák.
Helen Fields írt a kígyófejű halakról és a lágyszövetek felfedezéséről a dinoszaurusz kövületekben Smithsonian számára . Amanda Lucidon székhelye Washington DC-ben található
A korai földi élet körülményeinek utánozására Bob Hazen, a Carnegie laboratóriumában, "nyomás bombát" használt a vegyi anyagok melegítésére és összenyomására. (Amanda Lucidon) 
A gyermekkori óta használt fosszilis gyűjtő, Hazen, amelyet itt jelentettek meg a Chesapeake-öböl ősi tengeri kagylóinak ellenőrzésekor, új forgatókönyveket hozott létre az élet földi milliárd évvel ezelőtti kezdeteként. (Amanda Lucidon) 
A tudósok az élet eredetét a "meleg kis tavakon" túl keresik, amelyről 140 évvel ezelőtt Charles Darwin feltételezte a kiindulási helyet. A Hazen laboratóriumában található Kateryna Klochko ötvözi az ásványi port és az aminosavakat, a fehérjék építőköveit. (Amanda Lucidon) 
Néhány meteorit, amely itt látható, egy Chilében talált nagyított keresztmetszete, aminosavakat tartalmaz, felveti annak a lehetőségét, hogy az élet az űrből vetődött be. (Amanda Lucidon) 
A magas hőmérséklet és a nyomás ellenére a mélytengeri hidrotermikus szellőzőnyílások élőlényeket tárolnak. (Tudományos forrás) 
Hazen gyerekként kezdett gyűjteni a trilobitákat - kihalt tengeri ízeltlábúak, mint ez a Paralejurus . (Amanda Lucidon) 
Lehetséges, hogy az első szerves molekulákhoz kőzetekre volt szükségük, hogy összehozzuk őket - mondja Hazen feleségével, Margee-vel, a Chesapeake-öböl hétvégéjén tartózkodásuk közelében. De a kapcsolat mindkét irányba megy: miután létrehozták az élőlényeket, új ásványokat teremtettek. (Amanda Lucidon)
