Kopcovitý zelený školní areál ve Washingtonu, DC sídlí dvě oddělení Carnegieho instituce pro vědu: Geofyzikální laboratoř a kuriózně pojmenované Ministerstvo terestrického magnetismu. Když byla instituce založena, v roce 1902 bylo měření zemského magnetického pole naléhavou vědeckou potřebou tvůrců námořních map. Lidé, kteří zde pracují - lidé jako Bob Hazen - nyní mají více základních obav. Hazen a jeho kolegové používají „tlakové bomby“ instituce - kovové válečky o velikosti chleba, které stlačují a ohřívají minerály na šíleně vysoké teploty a tlaky, které se nacházejí uvnitř Země - k dešifrování nic jiného než původu života.
Z tohoto příběhu
[×] ZAVŘÍT
Mineralog Bob Hazen hovoří o tom, co miluje při procházce podél pobřeží zálivu Chesapeake, lovu fosilií a žraločích zubů skrytých v písku
Video: Objevování tajemství na pobřeží
Související obsah
- Tajemství v kosmickém prachu
- O původu teorie
- Podzemní překvapení
Hazen, mineralog, zkoumá, jak se vytvořily první organické chemikálie - druh nalezený v živých věcech - a pak se před téměř čtyřmi miliardami let vzájemně našli. Tento výzkum zahájil v roce 1996, asi dvě desetiletí poté, co vědci objevili hydrotermální průduchy - praskliny v hlubokém oceánském dně, kde je voda roztápěna horou na stovky stupňů Fahrenheita. Průduchy podporují podvodní ekosystémy obývané obrovskými červy, slepými krevetami a bakteriemi konzumujícími síru. Hazen a jeho kolegové věřili, že složité vysokotlaké ventilační prostředí - s bohatými minerálními usazeninami a trhlinami, které chrlí horkou vodu do chladu - by mohlo být místem, kde začal život.
Hazen si uvědomil, že k testování této teorie může použít tlakovou bombu. Zařízení (technicky známé jako „vnitřně vytápěná tlaková nádoba na plynná média“) je jako super výkonný kuchyňský tlakový vařič, který produkuje teploty přesahující 1 800 stupňů a tlaky až 10 000krát vyšší než atmosférická hladina na hladině moře. (Pokud by se něco pokazilo, následující výbuch by mohl vyjmout dobrou část budovy laboratoře; operátor spustí tlakovou bombu zpoza obrněné bariéry.)
Ve svém prvním experimentu se zařízením Hazen uzavřel několik miligramů vody, organické chemikálie zvané pyruvát a prášek, který produkuje oxid uhličitý v malé tobolce vyrobené ze zlata (která nereaguje s chemikáliemi uvnitř), které svařil. sám. Do tlakové bomby vložil tři kapsle při 480 stupních a 2000 atmosférách. A pak šel na oběd. Když kapsle vyjel o dvě hodiny později, obsah se změnil na desítky tisíc různých sloučenin. V pozdějších experimentech kombinoval dusík, amoniak a další molekuly věrohodně přítomné na rané Zemi. V těchto experimentech Hazen a jeho kolegové vytvořili nejrůznější organické molekuly, včetně aminokyselin a cukrů - věci života.
Hazenovy experimenty znamenaly zlom. Před nimi byl výzkum počátku života veden scénářem napsaným v roce 1871 samotným Charlesem Darwinem: „Ale pokud (a oh! Jaký velký, pokud!) Bychom si mohli představit v nějakém teplém malém rybníku se všemi druhy amoniaku. a přítomné fosforečné soli, světlo, teplo, elektřina atd., že proteinová sloučenina byla chemicky vytvořena a připravena podstoupit ještě složitější změny .... “
V roce 1952 se Stanley Miller, postgraduální student chemie na Chicagské univerzitě, pokusil vytvořit Darwinův sen. Miller postavil nádobu s vodou (představující časný oceán) propojenou skleněnými trubicemi s nádobou obsahující amoniak, metan a vodík - směsice vědců dne si myslel, že se blíží časná atmosféra. Plamen ohřál vodu a poslal páry nahoru. V atmosférické baňce simulovaly elektrické jiskry blesky. Experiment byl tak dlouhý, že Millerův poradce, Harold Urey, si myslel, že je to ztráta času. Během několika příštích dnů však voda zčervenala. Miller vytvořil vývar aminokyselin.
Po čtyřiceti čtyřech letech by experimenty s tlakovou bombou Boba Hazena ukázaly, že nejen bleskové bouře, ale také hydrotermální průduchy by potenciálně mohly vyvolat život. Jeho práce ho brzy vedla k překvapivějšímu závěru: ukázalo se, že základní molekuly života se dokážou tvořit na různých místech: poblíž hydrotermálních průduchů, sopek, dokonce i na meteoritech. Astrobiologové, praskající skály na otevřeném prostoru, objevili aminokyseliny, sloučeniny podobné cukrům a mastným kyselinám a nukleobáze nalezené v RNA a DNA. Je dokonce možné, že některé z prvních stavebních bloků života na Zemi pocházely z vesmíru.
Hazenova zjištění přišla v příznivém čase. "Před několika lety jsme se smáli z komunity původních životů, " říká. NASA, tehdy začínající astrobiologický program, však hledala důkaz, že by se život mohl vyvíjet v podivných prostředích - například na jiných planetách nebo v jejich měsících. "NASA [chtěla] ospravedlnění pro cestu do Evropy, do Titanu, do Ganymede, do Callisto, na Mars, " říká Hazen. Pokud tam život existuje, je pravděpodobné, že bude pod povrchem, v teplém vysokotlakém prostředí.
Na Zemi Hazen říká, že do roku 2000 dospěl k závěru, že „učinit základní stavební kameny života je snadné.“ Těžší otázka: Jak se začleňují správné stavební kameny? Aminokyseliny přicházejí v různých formách, ale jen některé z nich se živými věcmi používají k tvorbě proteinů. Jak se našli?
V rohu okna laboratoře v Carnegieho Instituci nakreslí Hazen molekuly na Poznámkový blok a načrtne první kroky na cestě k životu. "Máme prebiotický oceán a dole na dně oceánu máte skály, " říká. „A v podstatě tu jsou molekuly, které se vznášejí v roztoku, ale je to velmi zředěná polévka.“ Pro nově vytvořenou aminokyselinu v časném oceánu to musel být skutečně osamělý život. Známá věta „pravěká polévka“ zní bohatě a hustě, ale nebyl to žádný hovězí guláš. Pravděpodobně to bylo jen pár molekul v obrovském oceánu. "Šance na to, že se tu molekula narazí na tu, a pak vlastně chemická reakce, která bude mít nějakou větší strukturu, je prostě nekonečně malá, " pokračuje Hazen. Myslí si, že horniny - ať už se jedná o rudná ložiska, která se hromadí kolem hydrotermálních průduchů, nebo o ty, které lemují přílivový pramen na povrchu - možná byli těmi, kdo pomohli osamělým aminokyselinám najít sebe navzájem.
Skály mají texturu, lesklou a hladkou nebo drsnou a drsnou. Molekuly na povrchu minerálů mají také texturu. Atomy vodíku putují po povrchu minerálu a mimo něj, zatímco elektrony reagují s různými molekulami v okolí. Aminokyselina, která se unáší poblíž minerálu, by mohla být přitahována na svůj povrch. Kousky aminokyselin mohou tvořit vazbu; vytvořte dostatek vazeb a máte protein.
V laboratoři Carnegie se Hazenovi kolegové dívají na první krok v této námluvě: Kateryna Klochko připravuje experiment, který - v kombinaci s jinými experimenty a spoustou matematiky - by měl ukázat, jak se určité molekuly drží minerálů. Přiléhají pevně k minerálu nebo se molekula připevňuje na jednom místě, takže zbytek je mobilní a zvyšuje tak šance, že se spojí s jinými molekulami?
Klochko vytáhne stojan, plastové trubky a tekutiny, které potřebuje. "Bude to velmi nudné a únavné, " varuje. Vloží malé kousky práškového minerálu do čtyřpalcové plastové zkumavky, poté přidá arginin, aminokyselinu a tekutinu pro úpravu kyselosti. Potom, zatímco roztokem projde plyn, čeká ... osm minut. Práce se může zdát zdlouhavá, ale vyžaduje soustředění. "To je věc, každý krok je kritický, " říká. "Každý z nich, pokud uděláte chybu, budou data vypadat divně, ale nebudete vědět, kde jste udělali chybu." Míchá přísady sedmkrát, do sedmi zkumavek. Jak pracuje, "The Scientist" přichází v rádiu: "Nooooobody se domníval, že to bylo easyyyy, " zpívá Coldplay zpěvák Chris Martin.
Po dvou hodinách přecházejí vzorky do rotátoru, jakési rychlé ruské kolo pro zkumavky, aby se promíchaly celou noc. Ráno bude Klochko měřit, kolik argininu zůstává v tekutině; zbytek aminokyseliny se přilepí na malé povrchy minerálního prášku.
Ona a další vědci budou opakovat stejný experiment s různými minerály a různými molekulami znovu a znovu v různých kombinacích. Cílem je, aby Hazen a jeho kolegové byli schopni předpovídat složitější interakce, jako například ty, které se mohly odehrát v časných oceánech Země.
Jak dlouho to bude trvat od studia, jak molekuly interagují s minerály, k pochopení, jak začal život? Nikdo neví. Vědci se nikdy nezabývali definicí života. Každý má obecnou představu o tom, co to je, a že klíčem je samoreplikace a předávání informací z generace na generaci. Gerald Joyce z výzkumného institutu Scripps Research Institute v La Jolla v Kalifornii vtipy, že definice by měla být „něco jako 'to, co je rozmarné.'“
Hazenova práce má důsledky i mimo původ života. "Aminokyseliny přilepené na krystaly jsou všude v prostředí, " říká. Aminokyseliny ve vašem těle se drží kloubů titanu; uvnitř potrubí rostou filmy bakterií; všude, kde se setkávají proteiny a minerály, interagují aminokyseliny s krystaly. "Je to každá skála, je to každá půda, jsou to stěny budovy, jsou to mikroby, které reagují na vaše zuby a kosti, je to všude, " říká Hazen.
O víkendu ústup s výhledem na záliv Chesapeake, Hazen, 61, se díval dalekohledem na nějaké černobílé kachny, které se houpaly v kruzích a míchaly jinak nehybnou vodu. Myslí si, že pasou ryby - chování, které nikdy předtím neviděl. Vyzývá, aby se jeho manželka, Margee, podívala: „Je to opravdu zajímavý jev s děvčaty!“
Police v obývacím pokoji obsahují věci, které pár našel poblíž: plážové sklo, košík minerálů a zkamenělé barnacles, korály a velké zuby bílých žraloků. Patnáct miliónů let stará velrybí čelist, objevená na pláži při odlivu, je rozložena na kousky na jídelním stole, kde ji Hazen čistí. "Když to byl tropický ráj, byla to součást živého dýchání velryby, " říká.
Hazen sleduje jeho zájem o prehistorii až k Clevelandskému dětství, které vyrůstá nedaleko fosilního lomu. "Sbíral jsem svůj první trilobit, když mi bylo 9 nebo 10, " říká. "Jen jsem si myslel, že jsou v pohodě, " říká o mořských členovcích, které vyhynuly před miliony let. Poté, co se jeho rodina přestěhovala do New Jersey, povzbudil ho jeho učitel z osmé třídy, aby prozkoumal nerosty v okolních městech. "Dal mi mapy a dal mi pokyny a dal mi vzorky, a moji rodiče mě odvedli na tato místa, " říká Hazen. "Tak jsem se právě připojil."
Poté, co společně vzali třídu paleontologie na Massachusetts Institute of Technology, Hazen a Margee Hindle, jeho budoucí manželka, začali sbírat trilobity. Nyní mají tisíce. "Některé z nich jsou neuvěřitelně roztomilé, " říká Hazen. "Tento baňatý nos - chcete je obejmout."
Po celé Hazenově kanceláři jsou trilobiti a místnost pro hosty v suterénu v Hazens 'Bethesda, Maryland, doma - zakrývají police a plní zásuvky a skříňky. Dokonce i trilobitové umění mají jeho nyní dospělé děti, 34letý Ben, který studuje jako arteterapeut, a Liz, 32, učitelka. "Tohle je konečný roztomilý trilobit, " říká, natáhl se do skříňky a vytáhl Paralejurus . "Jak to nemůžeš milovat?"
Hazen se nazývá „přirozeným sběratelem“. Poté, co on a Margee koupili rámeček na obrázek, který právě držel fotografii dechovky, začali kupovat další obrázky dechovek; nakonec napsali historii dechovek - Music Men - a v Americe, kdy téměř každé město mělo svůj vlastní. (Bob hraje trumpetu profesionálně od roku 1966.) Vydal také sbírku básní z 18. a 19. století o geologii, z nichž většina, jak říká, je docela špatná ( „A vy, skály! Břidlice, rula, whate“ ehm buďte / jste různé vrstvy, jména pro mě příliš tvrdá ” ). Ale pár mají tendenci nedržet se věcí. "Jak to zní divně, jako sběratel, nikdy jsem nebyl akviziční, " říká Bob. "To, že jsem je mohl držet a studovat je zblízka, je opravdu privilegium." Neměli by však být v soukromých rukou. “Proto Hazen Collection of Band Photographs and Ephemera, ca. 1818-1931, nyní je v Národním muzeu americké historie. Harvard má sbírku nerostů, kterou zahájil v osmém ročníku, a Hazens jsou v procesu darování svých trilobitů Národnímu muzeu přírodní historie.
Poté, co nějakou dobu zvážil, jak minerály pomohly rozvoji života, Hazen nyní zkoumá druhou stranu rovnice: jak život urychlil vývoj minerálů. Vysvětluje, že v prachových zrnech, které předcházely sluneční soustavě, bylo jen asi tucet různých minerálů - včetně diamantů a grafitu. Dalších asi 50 se utvořilo, když se zapálilo slunce. Na Zemi sopky emitovaly čedič a desková tektonika tvořila rudy z mědi, olova a zinku. "Minerály se stávají hráči tohoto druhu epického příběhu explodujících hvězd a planetární formace a spouštění talířových tektonik, " říká. "A pak život hraje klíčovou roli." Zaváděním kyslíku do atmosféry umožnila fotosyntéza nové druhy minerálů - například tyrkysová, azuritová a malachitová. Mechy a řasy vylezly na pevninu, rozkládaly skálu a vyráběly jíly, díky čemuž byly možné větší rostliny, které umožnily hlubší půdu atd. Dnes existuje asi 4 400 známých minerálů - z nichž více než dvě třetiny vznikly jen kvůli tomu, jak život změnil planetu. Některé z nich byly vytvořeny výhradně živými organismy.
Hazen říká, že všude, kde vypadá, vidí stejný fascinující proces: rostoucí složitost. "Ty stejné jevy vidíš znovu a znovu, v jazycích a v hmotné kultuře - v samotném životě." Věci jsou komplikovanější. “Je to složitost hydrotermálního ventilačního prostředí - tryskání horké vody se studenou vodou v blízkosti hornin a ložiska rudy poskytující tvrdé povrchy, na nichž se mohou agregovat nově vytvořené aminokyseliny - což z ní dělá tak dobrého kandidáta jako kolébku život. „Organičtí chemici dlouho používají zkumavky, “ říká, „ale původ života používá skály, používá vodu, používá atmosféru. Jakmile je život oporou, je to, že prostředí je tak proměnlivé, to, co řídí vývoj. “Minerály se vyvíjejí, život vzniká a diverzifikuje a spolu přicházejí trilobiti, velryby, primáti a, než to víte, dechovky.
Helen Fields psala o hadích rybách a objevu měkkých tkání v fosiliích dinosaurů pro Smithsoniana . Amanda Lucidon sídlí ve Washingtonu, DC
K napodobení podmínek života na rané Zemi použil Bob Hazen ve své laboratoři Carnegie „tlakovou bombu“ k zahřívání a stlačování chemikálií. (Amanda Lucidon) 
Sběratel fosilií od dětství Hazen, který zde předvádí inspekci starobylých mušlí v zálivu Chesapeake, přišel s novými scénáři životních začátků na pozemských miliardách před lety. (Amanda Lucidon) 
Vědci hledají životní původ za „teplým rybníkem“, který před 140 lety spekuloval Charles Darwin. Kateryna Klochko v Hazenově laboratoři kombinuje minerální prach a aminokyseliny, stavební kameny bílkovin. (Amanda Lucidon) 
Některé meteority, které jsou zde znázorněny, jsou zvětšeným průřezem v Čile, obsahují aminokyseliny, což zvyšuje možnost, že život byl nasazen z vesmíru. (Amanda Lucidon) 
Navzdory vysokým teplotám a tlakům obsahují hlubinné mořské hydrotermální průduchy živé věci. (Zdroj vědy) 
Hazen začal sbírat trilobity - zaniklé mořské členovce, jako je tento Paralejurus - když byl dítě. (Amanda Lucidon) 
První organické molekuly možná potřebovaly horniny, aby je spojily, říká Hazen, se svou manželkou Margee poblíž jejich víkendového ústupu v Chesapeake Bay. Ale vztah jde obousměrně: jakmile byly živé věci vytvořeny, vytvořily nové minerály. (Amanda Lucidon)
