Brdovito zeleni kampus u Washingtonu, DC smješten je u dva odjela Carnegie Institucije za znanost: Geofizičkom laboratoriju i mirno nazvanom Odjelu za zemaljski magnetizam. Kada je 1902. osnovana institucija, mjerenje zemljinog magnetskog polja bila je hitna znanstvena potreba za izradu nautičkih karata. Ljudi koji ovdje rade - ljudi poput Boba Hazena - imaju više temeljnih problema. Hazen i njegovi kolege koriste "bombe pod pritiskom" institucije - metalne cilindre veličine kutije za cijeđenje i zagrijavanje minerala do suludo visokih temperatura i pritiska koji se nalaze unutar zemlje - kako bi se dešifriralo ništa manje od izvora života.
Iz ove priče
[×] ZATVORI
Mineralog Bob Hazen govori o onome što voli šetnjom obalom zaljeva Chesapeake, lovom na fosile i zube morskih pasa skrivenih u pijesku
Video: Otkrivanje tajni na obali
Povezani sadržaj
- Tajne kozmičke prašine
- O nastanku teorije
- Podzemna iznenađenja
Hazen, mineralog, istražuje kako su se prve organske kemikalije - vrste koje se nalaze u živim bićima - formirale, a zatim pronašle jedna drugu prije gotovo četiri milijarde godina. Istraživanje je započeo 1996., otprilike dva desetljeća nakon što su znanstvenici otkrili hidrotermalne otvore - pukotine na dubokom oceanskom dnu, gdje se voda toplim kamenom zagrijava na stotine stupnjeva Farenhita. Otvori potiču čudne podvodne ekosustave u kojima žive ogromni crvi, slijepe kozice i bakterije koje jedu sumpor. Hazen i njegove kolege vjerovali su da bi život mogao započeti složeno, visokotlačno odzračno okruženje - s bogatim naslagama minerala i pukotinama koje toplu vodu guraju u hladnu.
Hazen je shvatio da može upotrijebiti bombu pod pritiskom kako bi testirao ovu teoriju. Uređaj (tehnički poznat kao „unutarnje grijana posuda pod pritiskom na plin“) nalik je super-napajanom kuhinjskom štednjaku, stvarajući temperaturu veću od 1.800 stupnjeva i pritiske do 10.000 puta veće od atmosfere na razini mora. (Ako nešto pođe po zlu, eksplozija koja je uslijedila mogla bi iznijeti dobar dio zgrade laboratorija; operater trči bombu pod pritiskom iza oklopne barijere.)
U svom prvom pokusu s uređajem Hazen je ubacio nekoliko miligrama vode, organsku kemikaliju koja se zove piruvat i prah koji stvara ugljični dioksid, sve u sićušnoj kapsuli od zlata (koja ne reagira s kemikalijama iznutra) koju je zavarivao sam. U tlačnu bombu ubacio je tri kapsule pri 480 stupnjeva i 2000 atmosfera. A onda je otišao na ručak. Kad je dva sata kasnije izvadio kapsule, sadržaj se pretvorio u desetke tisuća različitih spojeva. U kasnijim eksperimentima kombinirao je dušik, amonijak i druge molekule vjerovatno prisutne u ranoj zemlji. U tim eksperimentima Hazen i njegovi kolege stvorili su sve vrste organskih molekula, uključujući aminokiseline i šećere - stvari života.
Hazenovi su pokusi označili prekretnicu. Prije njih, istraživanje o porijeklu života vodio je scenarij koji je 1871. napisao sam Charles Darwin: "Ali kad bismo (i oh! Što je veliko ako!) Mogli začeti u nekom malom ribnjaku, sa svim vrstama amonijaka i fosforne soli, svjetlost, toplina, električna energija itd. prisutni su da je proteinski spoj kemijski formiran spreman da podnese još složenije promjene. "
Godine 1952., Stanley Miller, diplomski student kemije na Sveučilištu u Chicagu, pokušao je stvoriti Darwinov san. Miller je postavio spremnik s vodom (koji predstavlja rani ocean) povezan staklenim cijevima s onom koja sadrži amonijak, metan i vodik - mješavina današnjeg znanstvenika koja je približila ranu atmosferu. Plamen je grijao vodu, šaljući pare prema gore. U atmosferu su električne iskre simulirale munje. Eksperiment je bio tako dugačak snimak da je Millerov savjetnik, Harold Urey, smatrao da je gubljenje vremena. Ali tijekom sljedećih nekoliko dana voda je postala tamnocrvena. Miller je stvorio juhu aminokiselina.
Četrdeset četiri godine kasnije, eksperimenti Bob Hazen-ove bombe pod pritiskom pokazali bi da ne bi samo oluja groma, nego i hidrotermalni otvori mogli potaknuti život. Njegov rad ubrzo ga je doveo do iznenađujućeg zaključka: osnovne životne molekule, ispada, mogu se formirati na svim mjestima: blizu hidrotermalnih otvora, vulkana, čak i na meteoritima. Puknuvši stijene iz otvorenog svemira, astrobiolozi su otkrili aminokiseline, spojeve slične šećerima i masnim kiselinama i nukleobazama koje se nalaze u RNA i DNK. Pa je čak moguće da su neki prvi građevni blokovi života na zemlji došli iz svemira.
Hazenovi su nalazi došli u povoljno vrijeme. "Prije nekoliko godina, nasmijali bi se iz zajednice koja potiče život", kaže on. Ali NASA je tada pokrenula svoj astrobiološki program tražila dokaze da se život mogao razvijati u neobičnim okruženjima - poput drugih planeta ili njihovih mjeseci. "NASA je [htjela] opravdanje za odlazak u Europu, Titan, Ganymede, Callisto, Mars", kaže Hazen. Ako tamo postoji život, vjerojatno će biti pod površinom, u toplim okruženjima visokog pritiska.
Povratak na zemlju, Hazen kaže da je do 2000. zaključio da je „pravljenje osnovnih građevnih blokova života jednostavno.“ Teže pitanje: Kako su se ugradili pravi građevni blokovi? Aminokiseline dolaze u više oblika, ali samo neke žive se upotrebljavaju za stvaranje proteina. Kako su se našli?
U prozorskom kutu zgrade laboratorija u Carnegie ustanovi, Hazen crta molekule na bilježnici i skicira najranije korake na putu prema životu. „Imamo ocean prebiotika i dolje u dnu oceana, imate stijene“, kaže on. "A u osnovi postoje molekule koje lebde okolo u otopini, ali to je vrlo razrijeđena juha." Za novostvorenu aminokiselinu u ranom oceanu mora da je to doista bio usamljeni život. Poznata fraza „iskonska juha“ zvuči bogato i debelo, ali to nije bila goveđa juha. Vjerojatno je bilo samo nekoliko molekula tu i tamo u ogromnom oceanu. "Dakle, šanse da se molekul ovdje naleti na ovu, a onda se zapravo dogodi kemijska reakcija koja formira neku veću strukturu, beskrajno su male", nastavlja Hazen. Smatra da su stijene - bilo da se rude talože oko hidrotermalnih otvora ili one koje na površini spajaju plimni otvor - možda bile šibice koje su pomogle usamljenim aminokiselinama da pronađu jedna drugu.
Stijene imaju teksturu, sjajnu i glatku ili ljuskavu i hrapavu. Molekule na površini minerala također imaju teksturu. Atomi vodika lutaju po površini minerala i izvan nje, dok elektroni reagiraju s različitim molekulama u blizini. Aminokiselina koja se nalazi u blizini minerala mogla bi se privući na njezinu površinu. Komadići aminokiselina mogu tvoriti vezu; formirajte dovoljno veza i dobit ćete protein.
Povratak u Carnegie laboratorij, Hazenine kolege istražuju prvi korak u udvaranju: Kateryna Klochko priprema eksperiment koji bi - u kombinaciji s drugim eksperimentima i puno matematike - trebao pokazati kako se neke molekule lijepe za minerale. Pridržavaju li se čvrsto minerala ili se molekula pričvršćuje na samo jednom mjestu, a ostatak ostavlja mobilnim i time povećava šanse da se poveže s drugim molekulama?
Klochko dobiva stalak, plastične cijevi i tekućinu koja joj treba. "Bit će vrlo dosadno i zamorno", upozorava ona. Stavlja sićušnu masu minerala u prahu u plastičnu epruvetu od četiri inča, zatim dodaje arginin, aminokiselinu i tekućinu za podešavanje kiselosti. Zatim, dok plin prolazi kroz otopinu, ona čeka ... osam minuta. Djelo se doista može činiti mučno, ali potrebna je koncentracija. "U tome je stvar, svaki korak je presudan", kaže ona. "Svaki od njih, ako pogriješite, podaci će izgledati čudno, ali nećete znati gdje ste pogriješili." Sastoji sastojke sedam puta u sedam epruveta. Dok ona radi, na radiju dolazi emisija "The Scientist": "Nooooobody saaaaid je bilo lako", pjeva Chris Martin.
Nakon dva sata, uzorci prelaze u rotator, svojevrsni brzi Ferris kotač za epruvete, da bi se miješali cijelu noć. Ujutro će Klochko izmjeriti koliko arginina ostaje u tekućini; ostatak aminokiseline zalijepio bi se na sićušnim površinama mineralnog praha.
Ona i drugi istraživači ponavljat će isti eksperiment s različitim mineralima i različitim molekulama, iznova i iznova, u raznim kombinacijama. Cilj je Hazen i njegovi kolege moći predvidjeti složenije interakcije, poput onih koje su se mogle dogoditi u ranim oceanima Zemlje.
Koliko će vremena trebati prijeći od proučavanja interakcija molekula s mineralima do razumijevanja načina na koji je život započeo? Nitko ne zna. Kao prvo, znanstvenici se nikada nisu bavili definicijom života. Svatko ima općenitu predodžbu o tome što je i da su samoprepisivanje i prenošenje informacija s generacije na generaciju ključno. Gerald Joyce iz Scripps Research Instituta u La Jolli u Kaliforniji šali se da bi definicija trebala biti "nešto poput" onog što je mljackavo. "
Hazenovo djelo ima implikacije izvan izvora života. "Aminokiseline koje se lijepe za kristale nalaze se svuda u okolini", kaže on. Amino kiseline u vašem tijelu naliježu na zglobove titana; filmovi bakterija rastu unutar cijevi; svugdje se proteini i minerali susreću, aminokiseline su u interakciji s kristalima. "To je svaka stijena, svako tlo, zidovi zgrade. Mikrobi koji komuniciraju sa vašim zubima i kostima. Ima ih svuda", kaže Hazen.
Na svom vikend odmoru s pogledom na zaljev Chesapeake, Hazen, 61, promatra se dvogledom, a neke crno-bijele patke lupaju se krugovima i miješaju inače mirnu vodu. Misli da pasu ribu - ponašanje koje nikad prije nije vidio. Poziva svoju ženu, Margee, da dođe pogledati: "Tu se zbilja zanimljiv fenomen događa s odbojnicima!"
Na policama dnevnih soba nalaze se stvari koje je par pronašao u blizini: čaša za plažu, košarica minerala i fosilizirani kanali, koralji i veliki zubi bijele morske pse. Čeljust koštane kitove stare 15 milijuna godina, otkrivena na plaži u doba plime, raštrkana je u komadima na stolu u blagovaonici, gdje je Hazen čisti. "To je bio dio živog kita koji diše kad je ovo bio tropski raj", kaže on.
Hazen prati svoje zanimanje za praistoriju do djetinjstva u Clevelandu, odrastajući nedaleko od kamenoloma fosila. "Sakupio sam svoj prvi trilobit kad sam imao 9 ili 10 godina", kaže on. "Samo sam mislio da su cool", kaže on o morskim člankonožcima koji su izumrli milijunima godina. Nakon što se njegova obitelj preselila u New Jersey, njegov učitelj iz osmog razreda potaknuo ga je da provjeri minerale u obližnjim gradovima. "Dao mi je karte, dao mi je upute i dao mi primjerke. Roditelji će me odvesti na ova mjesta", kaže Hazen. "Dakle, upravo sam se zakačio."
Nakon što su zajedno sudjelovali na tečaju paleontologije na Massachusetts Institute of Technology, Hazen i Margee Hindle, njegova buduća supruga, počeli su sakupljati trilobite. Sada ih ima na tisuće. "Neki od njih su nevjerojatno simpatični", kaže Hazen. "Ovaj gomoljasti nos - želite ih zagrliti."
U Hazenskom Bethesdu u državi Maryland postoje trilobiti u čitavoj Hazenovoj kancelariji i gostinjska soba u podrumu - pokrivaju police i pune ladice i ormariće. Čak postoje umjetnost trilobita njegove sada odrasle djece, Bena (34), koji studira kao art terapeut, i Liz (32), učitelja. "Ovo je vrhunski sladak trilobit", kaže on, posegnuvši za kabinetom i izvadi paralejur . "Kako to ne možeš voljeti?"
Hazen sebe naziva "prirodnim kolekcionarom." Nakon što su on i Margee kupili okvir za slike u kojem se upravo dogodilo da drže fotografiju puhačkog orkestra, počeli su kupovati druge slike glazbenih bendova; na kraju su napisali povijest glazbenih bendova - Music Men - i vremena u Americi kada je skoro svaki grad imao svoje. (Bob profesionalno svira trubu od 1966.) Objavio je i zbirku pjesama o geologiji iz 18. i 19. stoljeća, od kojih je većina prilično loša ( "A vi, stijene, škriljac, gneiss, whate" er ste vi / raznoliki slojevi, imena su mi preteška “ ). Ali par se obično ne drži nekih stvari. "Koliko god to čudno zvučalo, kao kolekcionar, nikad nisam bio stvarnik", kaže Bob. "To što smo ih mogli zadržati i izučavati izbliza zaista je privilegija. Ali oni ne bi trebali biti u privatnim rukama. "Zbog toga je Hazen Zbirka bendovskih fotografija i Ephemera, ca. 1818-1931, sada se nalazi u Nacionalnom muzeju američke povijesti. Harvard ima kolekciju minerala koju je započeo u osmom razredu, a Hazenci su u procesu doniranja svojih trilobita Nacionalnom prirodoslovnom muzeju.
Nakon što je neko vrijeme razmišljao o tome kako su minerali možda pomogli životu da se razvija, Hazen sada istražuje drugu stranu jednadžbe: kako je život potaknuo razvoj minerala. Objašnjava da je u zrncima prašine koji datiraju Sunčev sustav bilo samo desetak različitih minerala - uključujući dijamante i grafit. Još oko 50 formiralo se dok je sunce zapalio. Na zemlji su vulkani emitirali bazalt, a tektonika ploča činila je rude bakra, olova i cinka. "Minerali postaju igrači u ovoj vrsti epske priče o eksploziji zvijezda i planetarnih formacija i pokretanju tektonike ploča", kaže on. „I tada život igra ključnu ulogu.“ Unoseći kisik u atmosferu, fotosinteza je omogućila nove vrste minerala - na primjer, tirkiz, azurit i malahit. Mahovi i alge popeli su se na kopno, razbijajući stijene i praveći glinu, što je omogućilo veće biljke, koje su činile dublje tlo i tako dalje. Danas postoji oko 4, 400 poznatih minerala od kojih je više od dvije trećine nastalo samo zbog načina na koji je život promijenio planet. Neke od njih stvorili su isključivo živi organizmi.
Kamo god pogleda, kaže Hazen, vidi isti fascinantan proces: povećanje složenosti. "Isti je fenomen vidio iznova i iznova, u jezicima i u materijalnoj kulturi - u samom životu. Stvari se komplicira. "Složenost hidrotermalnog otvora za zrak - miješanje tople vode s hladnom vodom u blizini stijena i rudnih taloga koje pružaju tvrde površine na kojima se novoformirane aminokiseline mogu okupiti - čini je tako dobrim kandidatom kao kolijevkom život. "Organski kemičari odavno koriste epruvete, " kaže, "ali podrijetlo života koristi stijene, koristi vodu, koristi atmosferu. Jednom kada život zaživi, činjenica da je okruženje toliko promjenjivo ono je što pokreće evoluciju. “Minerali se razvijaju, život se rađa i diverzificira, a zajedno dolaze trilobiti, kitovi, primati i, prije nego što to znate, glazbale.
Helen Fields pisala je o ribama zmija i otkrivanju mekog tkiva u fosilima dinosaura za Smithsonian . Amanda Lucidon ima sjedište u Washingtonu, DC
Za oponašanje uvjeta za život na ranoj zemlji Bob Hazen je u svom Carnegie laboratoriju koristio "bombu pod pritiskom" za zagrijavanje i komprimiranje kemikalija. (Amanda Lucidon) 
Kolekcionar fosila iz djetinjstva, Hazen, prikazan ovdje kako pregledava drevne školjke u zaljevu Chesapeake, smislio je nove scenarije za životne početke na Zemlji prije milijarde godina. (Amanda Lucidon) 
Znanstvenici tragaju za životnim podrijetlom izvan „malog ribnjaka“ za koji je, prije 140 godina, Charles Darwin pretpostavljao da je polazna točka. Kateryna Klochko, u laboratoriju Hazen, kombinira mineralnu prašinu i aminokiseline, građevne bjelančevine. (Amanda Lucidon) 
Neki meteoriti, prikazani ovdje, su povećani presjek jednog pronađenog u Čileu, sadrže aminokiseline, što povećava mogućnost da je život zasijan iz svemira. (Amanda Lucidon) 
Unatoč visokim temperaturama i pritiscima, dubokovodni hidrotermalni ventilacijski prostori smještaju žive stvari. (Izvor znanosti) 
Hazen je počeo sakupljati trilobite - izumrle morske člankonožace poput ovog Paralejurusa - kad je bio dijete. (Amanda Lucidon) 
Možda su prve organske molekule trebale stijene da bi ih spojile, kaže Hazen, sa svojom suprugom Margee u blizini njihovog vikend odmorišta u Chesapeake Bayu. Ali odnos ide u oba smjera: nakon što su uspostavljena živa bića, stvorili su nove minerale. (Amanda Lucidon)
