Брдовито зелени кампус у Васхингтону, ДЦ, садржи два одељења Царнегие Институције за науку: Геофизичку лабораторију и мирно названо Одељење за земаљски магнетизам. Када је основана институција 1902. године, мерење магнетног поља Земље била је хитна научна потреба за прављење наутичких карата. Људи који овдје раде - људи попут Боба Хазена - имају више фундаменталних брига. Хазен и његове колеге користе „бомбе под притиском“ институције - металне цилиндре величине кутије за стискање и загревање минерала до сулудо високих температура и притиска који се налазе у земљи - да би дешифровали ништа мање од порекла живота.
Из ове приче
[×] ЗАТВОРИ
Минералог Боб Хазен говори о ономе што воли шетњу обалом залива Цхесапеаке, лов на фосиле и зубе морских паса скривених у песку
Видео: Откривање тајни на обали
Сличан садржај
- Тајне космичке прашине
- О пореклу теорије
- Подземна изненађења
Хазен, минералог, истражује како су се прве органске хемикалије - врсте које се налазе у живим бићима - формирале и затим пронашле једна другу пре скоро четири милијарде година. Ово истраживање започео је 1996., отприлике две деценије након што су научници открили хидротермалне отворе - пукотине на дубоком океанском дну где се вода топи стеном загрева на стотине степени Фаренхита. Отвори потичу чудне подводне екосистеме насељене џиновским црвима, слепим козицама и бактеријама које једу сумпор. Хазен и његове колеге веровали су да би живот могао започети сложеним окружењем високог притиска - са богатим наслагама минерала и пукотинама које топлу воду извлаче у хладну.
Хазен је схватио да би могао да користи бомбу под притиском да тестира ову теорију. Уређај (технички познат као „унутрашњи грејач са притиском на посуду са гасом“) је налик високонапонским кухињским шпоретом, који производи температуре веће од 1.800 степени и притиске до 10.000 пута веће од атмосфере на нивоу мора. (Ако нешто пође по злу, експлозија која је уследила могла би да извуче добар део зграде лабораторија; оператер врши бомбу под притиском иза оклопне баријере.)
У свом првом експерименту са уређајем, Хазен је убацио неколико милиграма воде, органске хемикалије зване пируват и прах који ствара угљен диоксид, све у сићушној капсули од злата (која не реагује са хемикалијама изнутра) коју је заваривао себе. У бомбу под притиском убацио је три капсуле при 480 степени и 2.000 атмосфера. А онда је отишао на ручак. Када је два сата касније извадио капсуле, садржај се претворио у десетине хиљада различитих једињења. У каснијим експериментима, он је комбиновао азот, амонијак и друге молекуле вероватно присутне на раној земљи. У тим експериментима Хазен и његове колеге створили су све врсте органских молекула, укључујући аминокиселине и шећере - ствари живота.
Хазенини експерименти су означили прекретницу. Прије њих, истраживање о пореклу живота вођено је сценаријем који је 1871. написао сам Цхарлес Дарвин: "Али кад бисмо (и ох! Шта је велико ако!) Могли смо зачети у неком топлом рибњаку, са свим врстама амонијака и фосфорне соли, светлост, топлота, електрична енергија итд. присутни су да је протеинско једињење хемијски формирано спремно да поднесе још сложеније промене .... "
1952. године Станлеи Миллер, студент дипломиране хемије на Универзитету у Чикагу, покушао је да створи Дарвинов сан. Милер је поставио контејнер са водом (представља рани океан) повезан стакленим цевима на онај који садржи амонијак, метан и водоник - мешавина научника данашњег мишљења која је приближила рану атмосферу. Пламен је грејао воду, шаљући паре према горе. У атмосферској боци електричне искре су симулирале муње. Експеримент је био тако дугачак снимак да је Миллеров саветник, Харолд Уреи, сматрао да је губљење времена. Али у наредних неколико дана вода је постала тамно црвена. Милер је створио бујон аминокиселина.
Четрдесет четири године касније, експерименти са Боб Хазен-овом бомбом под притиском показали би да не би само олује са громовима, већ и хидротермални отвори могле да покрену живот. Његов рад убрзо га је довео до изненађујућег закључка: основни молекули живота, испада, могу да се формирају на свим врстама места: у близини хидротермалних отвора, вулкана, чак и на метеоритима. Пукћући стијене из отвореног свемира, астробиолози су открили аминокиселине, једињења слична шећерима и масним киселинама и нуклеобазе које се налазе у РНА и ДНК. Па чак је могуће и да су неки од првих грађевних блокова живота на земљи дошли из свемира.
Хазенови налази дошли су у повољном времену. "Пре неколико година, насмијали би се из заједнице порекла живота", каже он. Али НАСА је тада покренула свој астробиолошки програм тражила доказе да се живот могао развијати у чудним окружењима - као на другим планетама или њиховим месецима. „НАСА је [желела] оправдање за одлазак у Европу, Титан, Ганимеде, Цаллисто, Марс“, каже Хазен. Ако тамо постоји живот, вероватно ће бити под површином, у топлим окружењима високог притиска.
Повратак на земљу, Хазен каже да је до 2000. године закључио да је „прављење основних грађевних блокова живота једноставно.“ Теже питање: Како су се исправни блокови уградили? Аминокиселине долазе у више облика, али само неке живе састојке користе за стварање протеина. Како су се нашли?
У прозору зграде лабораторија у институцији Царнегие, Хазен црта молекуле на белешци и скицира најраније кораке на путу ка животу. "Имамо пребиотски оцеан и доле у океанском дну, имате стене", каже он. "А у основи овде се налазе молекули који лебде около у раствору, али то је веома разблажена супа." За новостворену аминокиселину у раном океану мора да је то заиста био усамљени живот. Позната фраза „примордијална супа“ звучи богато и дебело, али није била говеђа гулаша. То је било вероватно само неколико молекула овде и тамо у огромном океану. „Дакле, шансе да се овде неки молекул налети на ону, а онда се заправо деси хемијска реакција која формира неку већу структуру, бескрајно су мале“, наставља Хазен. Он сматра да су стијене - било да се руде таложе око хидротермалних отвора или оне које постављају плимни базен на површини - можда они који су помогли усамљеним аминокиселинама да се пронађу.
Стијене имају текстуру, било сјајну, глатку или љускаву и храпаву. Молекули на површини минерала такође имају текстуру. Атоми водоника лутају по површини минерала и ван ње, док електрони реагују са различитим молекулима у близини. Аминокиселина која се слива у близини минерала може се привући на њену површину. Комадићи аминокиселина могу да формирају везу; формирајте довољно веза и имат ћете протеин.
Назад у Царнегие лабораторији, Хазенине колеге проучавају први корак у удварању: Катерина Клоцхко припрема експеримент који би - у комбинацији с другим експериментима и много математике - требао показати како се неки молекули лијепе за минерале. Да ли се чврсто држе минерала или се молекул веже на само једном месту, а остатак оставља мобилним и на тај начин повећава шансе да се повеже са другим молекулима?
Клоцхко вади сталак, пластичне цеви и течност која јој је потребна. "Биће то врло досадно и мучно", упозорава она. Ставила је ситну масу минерала у праху у пластичну цев од четири инча, а затим додала аргинин, аминокиселину и течност да подеси киселост. Затим, док гас излази кроз раствор, она чека ... осам минута. Рад се заиста може чинити мучним, али потребна је концентрација. „То је ствар, сваки корак је пресудан“, каже она. "Сваки од њих, ако погрешите, подаци ће изгледати чудно, али нећете знати где сте погрешили." Меша састојке седам пута, у седам епрувета. Док она ради, на радију долази емисија "Тхе Сциентист": "Нооооободи је рекао да је лако", пева Цхрис Мартин.
Након два сата, узорци прелазе у ротатор, својеврсни брзи Феррис точак за епрувете, да би се мешали целу ноћ. Ујутру ће Клоцхко измерити колико аргинина остане у течности; остатак аминокиселине ће се залепити на сићушним површинама минералног праха.
Она и други истраживачи понављаће исти експеримент са различитим минералима и различитим молекулама, изнова и изнова, у разним комбинацијама. Циљ је да Хазен и његове колеге могу предвидјети сложеније интеракције, попут оних које су се могле десити у раним океанима Земље.
Колико ће времена требати од проучавања како молекули ступају у интеракцију са минералима до разумевања како је живот почео? Нико не зна. Као прво, научници се никада нису определили за дефиницију живота. Свако има општу идеју о томе шта је и да су само-репликација и преношење информација из генерације у генерацију кључни. Гералд Јоице из Сцриппс Ресеарцх Институте из Ла Јолла у Калифорнији шали се да би дефиниција требало да буде "нешто попут" оног што је скуисхи. "
Хазеново дело има импликације изван извора живота. „Аминокиселине које се лепе за кристале су свуда у околини“, каже он. Амино киселине у вашем телу се придржавају титанијумских зглобова; филмови бактерија расту у цијевима; где год се протеини и минерали сусрећу, аминокиселине су у интеракцији са кристалима. "То је свака стена, свако тло, зидови зграде, микроби који утичу на ваше зубе и кости, свуда је", каже Хазен.
На свом викенд одмору, погледом на залив Цхесапеаке, Хазен, 61, проматра се двогледом, а неке црно-беле патке лупају круговима и мешају иначе мирну воду. Мисли да пасу рибу - понашање које никад раније није видио. Позива своју жену, Маргее, да погледа: "Ту се заиста догађа занимљив феномен с главама будала!"
На полицама дневних соба налазе се ствари које је пар пронашао у близини: чаша за плажу, кошарица минерала и фосилизовани канали, кораљи и велики зуби беле ајкуле. Чељуст коштане китове старе 15 милиона година, откривена на плажи у доба плиме, раштркана је у комадима на столу у трпезарији, где је Хазен чисти. "То је био део живог кита који дише када је ово био тропски рај", каже он.
Хазен прати своје интересовање за праисторију до детињства у Цлевеланду, одрастајући недалеко од каменолома фосила. „Сакупио сам свој први трилобит када ми је било 9 или 10 година“, каже он. "Само сам мислио да су цоол", каже он о морским чланконожцима који су изумрли пре више милиона година. Након што се његова породица преселила у Нев Јерсеи, његов наставник науке из осмог разреда подстакао га је да проверава минерале у оближњим градовима. "Дао ми је мапе и дао ми упутства и дао ми примерке, а моји родитељи би ме одвели до тих места", каже Хазен. "Па сам се закачио."
Након што су заједно одржали часове палеонтологије на Технолошком институту у Масачусетсу, Хазен и Маргее Хиндле, његова будућа супруга, почели су да сакупљају трилобите. Сада их има на хиљаде. „Неки од њих су невероватно симпатични“, каже Хазен. "Овај гомољасти нос - желите да их загрлите."
У Хазенсовој Бетхесди у држави Мериленд постоје трилобити у читавој Хазеновој канцеларији и гостињска соба у подруму - покривају полице и фиоке и ормариће. Чак постоје и уметност трилобита његове сада одрасле деце, Бен, 34 године, који студира као уметнички терапеут, и Лиз (32), учитељица. "Ово је врхунски сладак трилобит", каже он, посегнувши за кабинетом и извади паралејур . "Како то не можеш да волиш?"
Хазен себе назива "природним колекционаром." Након што су он и Маргее купили оквир за слике који се управо догодио да држе фотографију дувачког оркестра, почели су да купују друге слике дувачких бендова; на крају су написали историју месних бендова - Мусиц Мен - и време у Америци када је скоро сваки град имао своје. (Боб професионално свира трубу од 1966.) Објавио је и збирку песама о геологији из 18. и 19. века, од којих је већина, поприлично лоша ( "А ви, стене! Шкант, гнеис, вхат" ер сте ви / разнолики слојеви, имена су ми претешка “ ). Али пар се не држи неких ствари. "Колико год то чудно звучало, као колекционар, никад нисам био аквизит", каже Боб. „То што смо их успели задржати и проучити изблиза заиста је привилегија. Али они не би требали бити у приватним рукама. "Због тога је Хазен Збирка бендовских фотографија и Епхемера, ца. 1818-1931, сада се налази у Националном музеју америчке историје. Харвард има колекцију минерала коју је започео у осмом разреду, а Хазенци су у процесу давања својих трилобита Националном природном историјском музеју.
Након што је неко време разматрао како су минерали можда помогли животу да се развија, Хазен сада истражује другу страну једначине: како је живот подстакао развој минерала. Објашњава да је у зрнцима прашине који су датирали Сунчев систем било само десетак различитих минерала - укључујући дијаманте и графит. Још 50 или тако формирано док је сунце запаљало. На земљи су вулкани емитирали базалт, а тектоника плоча чинила је руде бакра, олова и цинка. „Минерали постају играчи у овој врсти епске приче о експлозији звезда и планетарним формацијама и покретању тектонике плоча“, каже он. „И тада живот игра кључну улогу.“ Уносећи кисеоник у атмосферу, фотосинтеза је омогућила нове врсте минерала - на пример, тиркиз, азурит и малахит. Махови и алге попели су се на земљу, разбијајући стене и правећи глину, што је омогућило веће биљке, које су чиниле дубље тло и тако даље. Данас постоји око 4, 400 познатих минерала од којих је више од две трећине настало само због начина на који је живот променио планету. Неке од њих створиле су искључиво живи организми.
Камо год погледа, Хазен каже, види исти фасцинантан процес: све већу сложеност. „Исте појаве виђате изнова и изнова, у језицима и у материјалној култури - у самом животу. Ствари се компликују. "Сложеност хидротермалног ваздушног окружења - гутање топле воде која се меша са хладном водом у близини стијена, и рудним таложима пружају тврде површине на којима би се новоформиране аминокиселине могле сабрати - чини је тако добрим кандидатом као колијевком живот. "Органски хемичари дуго користе епрувете, " каже он, "али порекло живота користи стене, користи воду, користи атмосферу. Једном када живот заживи, чињеница да је околина толико променљива је оно што покреће еволуцију. “Минерали се развијају, живот настаје и диверзификује, а заједно са њима долазе трилобити, китови, примати и, пре него што то знате, месингате.
Хелен Фиелдс писала је о рибама змија и откривању меког ткива у фосилима диносауруса за Смитхсониан-а . Аманда Луцидон има седиште у Васхингтону, ДЦ
Да би опонашао услове живота на раној земљи, Боб Хазен је у својој Царнегие лабораторији користио "бомбу под притиском" за загревање и компримовање хемикалија. (Аманда Луцидон) 
Колекционар фосила из детињства, Хазен, приказан овде како прегледава древне шкољке у заливу Часапик, смислио је нове сценарије за животне почетке на земљи пре милијарде година. (Аманда Луцидон) 
Научници трагају за животним пореклом изван „топлог рибњака“ за који је, пре 140 година, Цхарлес Дарвин шпекулирао да је почетно место. Катерина Клоцхко, у лабораторији Хазена, комбинује минералну прашину и аминокиселине, грађевне блокове протеина. (Аманда Луцидон) 
Неки метеорити, приказани овде, су увећани пресек једног пронађеног у Чилеу, садрже аминокиселине, чиме се повећава могућност да је живот засијан из свемира. (Аманда Луцидон) 
Упркос високим температурама и притисцима, дубокоморски хидротермални отвори живе у живим бићима. (Извор науке) 
Хазен је почео сакупљати трилобите - изумрле морске чланконожаце попут овог Паралејуруса - кад је био дете. (Аманда Луцидон) 
Првим органским молекулама можда су биле потребне стијене да би их спојиле, каже Хазен, са својом супругом Маргее близу њиховог викенд одморишта Цхесапеаке Баи. Али однос иде у оба смјера: једном кад су успостављена жива бића, створили су нове минерале. (Аманда Луцидон)
