Un campus verde deluros din Washington, DC, găzduiește două departamente ale Instituției Carnegie pentru Știință: Laboratorul Geofizic și denumirea cenușie a Departamentului de magnetism terestru. Când a fost fondată instituția, în 1902, măsurarea câmpului magnetic al pământului a fost o nevoie științifică presantă pentru producătorii de hărți nautice. Acum, oamenii care lucrează aici - oameni ca Bob Hazen - au preocupări mai fundamentale. Hazen și colegii săi folosesc „bombele sub presiune” ale instituției - butelii metalice de dimensiuni mari, care stoarce și încălzesc mineralele la temperaturile și presiunile nesănătoase ridicate în interiorul pământului - pentru a descifra nimic mai puțin decât originile vieții.
Din această poveste
[×] ÎNCHIS
Mineralogistul Bob Hazen vorbește despre ce iubește despre mersul pe coasta golfului Chesapeake, despre vânătoare de fosile și dinți de rechin ascunși în nisip
Video: Descoperirea secretelor de pe litoral
Continut Asemanator
- Secretele din praful cosmic
- Despre originea unei teorii
- Surprize subterane
Hazen, mineralog, cercetează modul în care primele substanțe chimice organice - genul găsit în viețuitoare - s-au format și apoi s-au găsit reciproc acum aproape patru miliarde de ani. El a început această cercetare în 1996, la aproximativ două decenii după ce oamenii de știință au descoperit orificiile de aerisire - fisuri în fundul oceanului adânc unde apa este încălzită până la sute de grade Fahrenheit de roca topită. Ventilatoarele alimentează ecosisteme subacvatice ciudate, locuite de viermi uriași, creveți orbi și bacterii care consumă sulf. Hazen și colegii săi credeau că mediul complex, de înaltă presiune - cu depuneri bogate de minerale și fisuri care aruncau apa caldă la rece - ar putea fi locul unde viața începe.
Hazen și-a dat seama că poate folosi bomba cu presiune pentru a testa această teorie. Dispozitivul (cunoscut din punct de vedere tehnic drept „vas de presiune cu gaz încălzit intern) este ca un aragaz cu presiune de bucătărie cu putere superioară, care produce temperaturi care depășesc 1.800 de grade și presiuni de până la 10.000 de ori mai mari decât atmosfera la nivelul mării. (Dacă ceva nu merge bine, explozia care ar urma ar putea scoate o bună parte din clădirea laboratorului; operatorul rulează bomba sub presiune din spatele unei bariere blindate.)
În primul său experiment cu dispozitivul, Hazen a înglobat câteva miligrame de apă, o substanță chimică organică numită piruvat și o pulbere care produce dioxid de carbon toate într-o capsulă minusculă din aur (care nu reacționează cu substanțele chimice din interior) pe care le-a sudat se. A pus trei capsule în bomba sub presiune la 480 de grade și 2.000 de atmosfere. Și apoi s-a dus la prânz. Când a scos capsulele două ore mai târziu, conținutul se transformase în zeci de mii de compuși diferiți. În experimentele ulterioare, el a combinat azotul, amoniacul și alte molecule prezente plauzibil pe pământul timpuriu. În aceste experimente, Hazen și colegii săi au creat tot felul de molecule organice, inclusiv aminoacizi și zaharuri - lucrurile vieții.
Experimentele lui Hazen au marcat un moment de cotitură. Înaintea lor, cercetările despre originile vieții au fost ghidate de un scenariu scenariu însuși de Charles Darwin în 1871: „Dar dacă (și oh! Ce mare dacă!) Am putea concepe într-un mic iaz cald, cu tot felul de amoniac și săruri fosforice, lumină, căldură, electricitate etc., în prezent, că un compus protein a fost format chimic gata să sufere modificări încă mai complexe ... "
În 1952, Stanley Miller, student absolvent în chimie la Universitatea din Chicago, a încercat să creeze visul lui Darwin. Miller a înființat un recipient care ține apa (reprezentând oceanul timpuriu) conectat prin tuburi de sticlă la unul care conține amoniac, metan și hidrogen - un amestec de oameni de știință din acea zi a crezut că a aproximat atmosfera timpurie. O flacără a încălzit apa, trimițând vaporii în sus. În balonul atmosferic, scânteile electrice simulau fulgere. Experimentul a fost atât de lung, încât consilierul lui Miller, Harold Urey, a considerat că este o pierdere de timp. Dar în următoarele zile, apa s-a înroșit adânc. Miller a creat un bulion de aminoacizi.
Patruzeci și patru de ani mai târziu, experimentele cu bombe sub presiune ale lui Bob Hazen ar arăta că nu doar furtunile fulgerului, ci și evacuările hidrotermale ar fi putut să provoace viața. Lucrările sale l-au dus curând la o concluzie mai surprinzătoare: moleculele de bază ale vieții, se dovedește, sunt capabile să se formeze în tot felul de locuri: în apropierea orificiilor de evacuare hidrotermică, a vulcanilor, chiar și pe meteoriți. Cracarea rocilor în spațiu deschis, astrobiologii au descoperit aminoacizi, compuși similari cu zaharurile și acizii grași și nucleobazele găsite în ARN și ADN. Deci, este chiar posibil ca unele dintre primele blocuri de viață pe pământ să provină din spațiul exterior.
Descoperirile lui Hazen au venit la un moment bun. „Cu câțiva ani înainte, am fi fost râși de comunitatea originilor vieții”, spune el. Dar NASA, începând apoi programul său de astrobiologie, căuta dovezi că viața ar fi putut evolua în medii ciudate - cum ar fi pe alte planete sau lunile lor. „NASA [a dorit] o justificare pentru a merge în Europa, la Titan, la Ganymede, la Callisto, la Marte”, spune Hazen. Dacă există viață acolo, este probabil să fie sub suprafață, în medii calde, de înaltă presiune.
Înapoi pe pământ, Hazen spune că, până în 2000, a ajuns la concluzia că „crearea elementelor de bază ale vieții este ușoară”. O întrebare mai grea: Cum s-au încorporat blocurile de construcție potrivite? Aminoacizii vin în mai multe forme, dar numai unii sunt folosiți de viețuitoare pentru a forma proteine. Cum s-au găsit?
Într-un colț ferestruic al unei clădiri de laborator la Instituția Carnegie, Hazen desenează molecule pe un bloc de notițe și schițează primii pași pe drumul vieții. „Avem un ocean prebiotic și jos pe fundul oceanului, ai stânci”, spune el. „Și practic există molecule care plutesc în soluție, dar este o supă foarte diluată.” Pentru un aminoacid recent format în oceanul timpuriu, trebuie să fi fost o viață singură. Expresia familiară „supă primordială” sună bogată și groasă, dar nu era tocană de vită. Probabil a fost doar câteva molecule aici și acolo într-un ocean vast. „Așadar, șansele ca o moleculă să ajungă aici, și apoi de fapt o reacție chimică care va forma un fel de structură mai mare, este doar infinitim de mică”, continuă Hazen. El consideră că rocile - fie că depozitele de minereu care se acumulează în jurul orificiilor de evacuare hidrotermale sau cele care aliniază un bazin de maree la suprafață - pot fi fost producătorii de potriviri care au ajutat aminoacizii singuri să se găsească reciproc.
Stâncile au textura, lucioasă și netedă sau ciuguloasă și aspră. Moleculele de pe suprafața mineralelor au și textura. Atomii de hidrogen rătăcesc pe și în afara suprafeței unui mineral, în timp ce electronii reacționează cu diverse molecule din apropiere. Un aminoacid care se abate lângă un mineral ar putea fi atras de suprafața sa. Bucăți de aminoacizi pot forma o legătură; formează suficiente legături și ai o proteină.
În laboratorul Carnegie, colegii lui Hazen analizează primul pas în acel curte: Kateryna Klochko pregătește un experiment care - atunci când este combinat cu alte experimente și multă matematică - ar trebui să arate modul în care anumite molecule se lipesc de minerale. Aderă strâns la mineral sau o moleculă se atașează într-un singur loc, lăsând restul mobil și crește astfel șansele de a se lega de alte molecule?
Klochko scoate un suport, tuburi de plastic și lichidele de care are nevoie. „Va fi foarte plictisitor și obositor”, avertizează ea. Ea pune un mic sul de praf într-un tub de plastic de patru inci, apoi adaugă arginină, un aminoacid și un lichid pentru a regla aciditatea. Apoi, în timp ce un gaz circulă prin soluție, ea așteaptă ... timp de opt minute. Opera poate părea obositoare într-adevăr, dar este nevoie de concentrare. „Asta e, fiecare pas este critic”, spune ea. „Fiecare dintre ele, dacă greșești, datele vor părea ciudate, dar nu vei ști unde ai greșit.” Amesteca ingredientele de șapte ori, în șapte tuburi. Pe măsură ce lucrează, „The Scientist” vine la radio: „Nooooobody a spus că a fost ușor”, cântă Chris Martin, vocalistul Coldplay.
După două ore, probele se duc într-un rotator, un fel de roată ferrisă rapidă pentru eprubete, pentru a se amesteca toată noaptea. Dimineața, Klochko va măsura câtă arginină rămâne în lichid; restul aminoacidului se va lipi de suprafețele minuscule ale pulberii minerale.
Ea și alți cercetători vor repeta același experiment cu diferite minerale și molecule diferite, de mai multe ori în diferite combinații. Scopul este ca Hazen și colegii săi să poată prezice interacțiuni mai complexe, cum ar fi cele care au avut loc în oceanele timpurii ale pământului.
Cât timp va dura de la studierea modului în care moleculele interacționează cu mineralele până la înțelegerea modului în care a început viața? Nimeni nu stie. În primul rând, oamenii de știință nu s-au stabilit niciodată pe o definiție a vieții. Toată lumea are o idee generală despre ceea ce este și că auto-replicarea și transmiterea informațiilor din generație în generație sunt cheie. Gerald Joyce, de la Institutul de Cercetare Scripps din La Jolla, California, glumește că definiția ar trebui să fie „ceva de genul„ care este stricător ”.”
Opera lui Hazen are implicații dincolo de originile vieții. „Amino-acizii lipiți de cristale este peste tot în mediu”, spune el. Aminoacizii din corpul tău se lipesc de articulațiile din titan; filme de bacterii cresc în interiorul conductelor; pretutindeni proteine și minerale se întâlnesc, aminoacizii interacționează cu cristalele. „Este orice piatră, fiecare sol, sunt pereții clădirii, sunt microbi care interacționează cu dinții și oasele, este peste tot”, spune Hazen.
La refugiul său de weekend, cu vedere la Golful Chesapeake, Hazen, 61 de ani, se uită prin binoclu la niște rațe alb-negru care se plimbă în cercuri și agitând apa altfel liniștită. El crede că sunt pește de turmă - un comportament pe care nu l-a mai văzut niciodată. El o cheamă pe soția sa, Margee, să vină să arunce o privire: „Există acest fenomen cu adevărat interesant care se întâmplă cu capetele!
Rafturile din sufragerie conțin lucruri pe care le-a găsit cuplul în apropiere: sticlă de plajă, un coș de minerale și barnacuri fosilizate, corali și mari dinți de rechin alb. O falcă de balenă în vârstă de 15 milioane de ani, descoperită pe plajă la valul scăzut, este întinsă în bucăți pe masa din sufragerie, unde Hazen o curăță. „A fost parte dintr-o balenă vie, care respira atunci când acesta era un paradis tropical”, spune el.
Hazen își urmărește interesul pentru preistorie în copilăria sa din Cleveland, crescând nu departe de o carieră fosilă. „Am colectat primul meu trilobit când aveam 9 sau 10 ani”, spune el. „Am crezut că sunt mișto”, spune el despre artropodele marine care au dispărut acum milioane de ani. După ce familia sa s-a mutat în New Jersey, profesorul său de știință din clasa a opta l-a încurajat să verifice mineralele din orașele din apropiere. „El mi-a dat hărți și mi-a dat indicații și mi-a dat exemplare, iar părinții mei mă vor duce în aceste locuri”, spune Hazen. - Așa că m-am agățat.
După ce au luat împreună o clasă de paleontologie la Massachusetts Institute of Technology, Hazen și Margee Hindle, viitoarea sa soție, au început să strângă trilobiți. Acum au mii. „Unele dintre ele sunt incredibil de drăguțe”, spune Hazen. „Acest nas bulbos - vrei să-i îmbrățișezi”.
Există trilobiți peste tot în biroul lui Hazen și o cameră de oaspeți la subsol la Hazens 'Bethesda, Maryland, acasă - acoperă rafturile și umplu sertarele și dulapurile. Există chiar și arta trilobită a copiilor săi acum mari, Ben, de 34 de ani, care studiază să fie terapeut de artă și Liz, 32 de ani, profesoară. „Acesta este trilobitul final drăguț”, spune el, ajungând într-un dulap și scoțând un Paralejurus . „Cum nu poți iubi asta?”
Hazen se numește „colecționar natural”. După ce el și Margee au cumpărat un cadru care tocmai s-a întâmplat să dețină o fotografie cu o bandă de alamă, au început să cumpere alte imagini cu benzi de alamă; în cele din urmă, au scris o istorie a formațiilor de aramă - Music Men - și o perioadă din America, când aproape fiecare oraș avea propriul său. (Bob a cântat la trompetă profesional din 1966.) De asemenea, a publicat o colecție de poezii din secolele al XVIII-lea și al XIX-lea despre geologie, dintre care majoritatea, spune el, sunt destul de proaste ( „Și voi, roci! Schist, gneiss, whate '' er you be / Ye variate straturi, nume prea grele pentru mine ” ). Dar cuplul tinde să nu țină cont de lucruri. „Oricât de ciudat pare acest lucru, ca colecționar, nu am fost niciodată achizitiv”, spune Bob. „A fi fost capabil să-i țineți și să-i studieze aproape este un privilegiu. Dar nu ar trebui să fie în mâini private. ”Acesta este motivul pentru care colecția Hazen de fotografii de bandă și Ephemera, cca. 1818-1931, se află acum la Muzeul Național de Istorie Americană. Harvard are colecția de minerale pe care a început-o în clasa a opta, iar Hazenii sunt în proces de a-și dona trilobiții la Muzeul Național de Istorie Naturală.
După ce a analizat, de ceva vreme, modul în care mineralele ar fi putut ajuta viața să evolueze, Hazen cercetează acum cealaltă parte a ecuației: modul în care viața a stimulat dezvoltarea mineralelor. El explică că în cerealele de praf care au dat înainte sistemului solar au fost doar aproximativ o duzină de minerale diferite - inclusiv diamante și grafit. Alți 50 de formați în timp ce soarele se aprindea. Pe pământ, vulcanii emiteau bazalt, iar tectonica plăcilor făcea minereuri de cupru, plumb și zinc. „Mineralele devin jucători în acest fel de poveste epică despre stele care explodează și formarea planetară și declanșarea tectonicii plăcilor”, spune el. „Și atunci viața joacă un rol cheie.” Prin introducerea oxigenului în atmosferă, fotosinteza a făcut posibile noi tipuri de minerale - turcoaz, azurit și malachit, de exemplu. Mușchii și algele au urcat pe pământ, dărâmând stânca și făcând lut, ceea ce a făcut posibile plante mai mari, ceea ce a făcut un sol mai profund și așa mai departe. Astăzi există aproximativ 4.400 de minerale cunoscute - mai mult de două treimi dintre acestea au apărut doar datorită modului în care viața a schimbat planeta. Unele dintre ele au fost create exclusiv de organisme vii.
Oriunde privește, spune Hazen, vede același proces fascinant: complexitatea crescândă. „Vedeți aceleași fenomene de mai multe ori, în limbi și în cultura materială - în viața însăși. Lucrurile se complică mai mult. ”Este complexitatea mediului de aerisire hidrotermică - amestecarea apei calde amestecând cu apă rece în apropierea rocilor și depozitele de minereu care asigură suprafețe dure în care s-ar putea aduna aminoacizi nou formați - ceea ce îl face un candidat atât de bun ca leagăn de viaţă. „Chimiștii organici au folosit eprubete de multă vreme, ” spune el, „dar originea vieții folosește roci, folosește apă, folosește atmosfera. Odată ce viața devine un punct de vedere, faptul că mediul este atât de variabil este ceea ce determină evoluția. Mineralele evoluează, viața apare și se diversifică și, de-a lungul, vin trilobiți, balene, primate și, înainte de a-l cunoaște, benzi de alamă.
Helen Fields a scris despre peștii de șarpe și despre descoperirea țesuturilor moi din fosilele dinozaurilor pentru Smithsonian . Amanda Lucidon are sediul la Washington, DC
Pentru a imita condițiile de viață pe pământul timpuriu, Bob Hazen, în laboratorul său Carnegie, a folosit o „bombă sub presiune” pentru a încălzi și comprima substanțele chimice. (Amanda Lucidon) 
Un colecționar de fosile din copilărie, Hazen, arătat aici inspectând peisaje antice de pe Golful Chesapeake, a venit cu noi scenarii pentru începuturile vieții pe pământul de miliarde de ani în urmă. (Amanda Lucidon) 
Oamenii de știință caută originile vieții dincolo de „micul iaz cald” pe care, în urmă cu 140 de ani, Charles Darwin a speculat că este locul de pornire. Kateryna Klochko, în laboratorul lui Hazen, combină praful mineral și aminoacizii, blocurile de construcție ale proteinelor. (Amanda Lucidon) 
Unii meteoriți, prezentați aici este o secțiune mărită a unuia găsită în Chile, conțin aminoacizi, crescând posibilitatea ca viața să fie însămânțată din spațiu. (Amanda Lucidon) 
În ciuda temperaturilor ridicate și a presiunilor, evacuările hidrotermale din adâncimea adăpostesc lucruri vii. (Sursa științei) 
Hazen a început să strângă trilobiți - artropode marine dispărute ca acest Paralejurus - când era copil. (Amanda Lucidon) 
Este posibil ca primele molecule organice să fi avut nevoie de roci pentru a le reuni, spune Hazen, cu soția sa Margee, lângă refugiul lor din weekendul Chesapeake Bay. Dar relația merge pe ambele sensuri: odată ce ființele vii au fost stabilite, au creat noi minerale. (Amanda Lucidon)
