Pada sebuah parti Krismas sepuluh tahun yang lalu, satu idea yang dibuat dalam minda Robert Hazen. Hazen adalah seorang ahli fizik mineral "teras keras" pada masa itu, dan seperti kebanyakan saintis (dan pemain 20 Soalan), beliau menganggap mineral sebagai binatang yang sama sekali terpisah dari haiwan dan sayuran. Tetapi itu tidak lama lagi berubah.
Kandungan Terkait
- Perjalanan Melalui Masa Deep Dengan Bumi Interaktif Ini
- Kehidupan Awal Mungkin Terjadi dalam Keruntuhan Meteorit
Semasa pesta itu, ahli biologi teori Harold Morowitz bertanya Hazen sama ada mineral tanah liat wujud semasa Hadean-tempoh geologi antara 4.6 dan 4 bilion tahun yang lalu, ketika bumi awal dibentuk. Walaupun satu soalan asas, Hazen terkejut. Morowitz pada dasarnya menanyakan sama ada mineralogi yang wujud semasa bumi baru, dan mungkin ketika hidup berasal, berbeza dengan apa yang kita lihat hari ini.
"Tiada ahli mineralogi dalam sejarah pernah bertanya soalan seperti itu, " kata Hazen. Walaupun proses pembentukan mineral sepatutnya sama ada ia berbilion-bilion tahun yang lalu atau pada Selasa lepas, Hazen menyedari tidak ada alasan untuk menganggap bahawa mineral tidak boleh berubah, sama seperti perubahan hidup dari masa ke masa. Beliau dan rakan-rakannya telah menunjukkan bahawa kehidupan tidak muncul dalam isolasi-mineral mungkin membantu ia sepanjang jalan. Dan seiring dengan berkembangnya kehidupan, ia menghasilkan segudang niche kimia yang membolehkan mineral baru terbentuk.
"Kami melihat evolusi bersama antara geosphere dan biosfera, " kata Hazen. "Kehidupan melahirkan batu, batu menghasilkan kehidupan." Pasukan dan ahli-ahli lain dalam bidang menyampaikan idea ini dalam ciri NOVA baru Life Rocky Start . Saya duduk dengan Hazen untuk bercakap sedikit tentang filem dan dunia mineral yang mengagumkan (berikut telah diedit panjang):
Ceritakan sedikit tentang filem Life Rocky Start ?
Life Rocky Start adalah kisah sejarah Bumi yang mempunyai sejarah 4.5 bilion tahun, diceritakan melalui mata ahli mineralogi yang telah menjalani transformasi sendiri. Saya mula sebagai mineralogis, berfikir kerana kebanyakan mineralogis melakukan mineral itu adalah objek fizikal yang cantik-mereka bervariasi, mereka berbeza. Tetapi anda tidak boleh menceritakan kisah mineral tanpa memberitahu kisah kehidupan. Hari ini kita tahu 5000 atau lebih spesies mineral - masing-masing komposisi kimia dan struktur kristal tersendiri. Dan daripada 5, 000, lebih daripada dua pertiga adalah hasil daripada perubahan yang telah dibuat oleh kehidupan ke Bumi.
Jadi apakah mineral pertama di alam semesta?
Apabila kita mula berfikir mengenai mineral dalam masa yang mendalam, menghairankan, tiada siapa yang telah bertanya soalan itu. Bukankah itu luar biasa? Di mana-mana bidang, asal-usul adalah kehidupan pertama, planet pertama, bintang pertama. Tetapi para mineralogis tidak pernah bertanya, apa mineral pertama?
Tepat selepas bang besar, perkara-perkara yang terlalu panas, dan walaupun selepas benda-benda pekat sedikit, ia hanya gas hidrogen dan helium yang membentuk sebahagian besar alam semesta. Mereka tidak membentuk mineral kerana ia adalah gas, dan mineral mesti menjadi kristal. Perkara seterusnya, gas hidrogen dan gas helium telah membebaskan bintang-bintang besar. Bintang adalah enjin dari apa yang dipanggil nukleosintesis, atau membuat semua elemen kimia jadual berkala. Mineral terbentuk daripada unsur-unsur lain.
Apabila selepas bintang pertama anda boleh mempunyai kristal pertama? Jawapannya, ternyata, terdapat dalam sampul gas yang sangat bertenaga bintang atau meletupkan supernovas. Oleh kerana amplop gas berkembang dan sejuk, anda mempunyai kepekatan unsur-unsur yang cukup tinggi dan suhu hanya cukup rendah sehingga kristal pertama boleh terbentuk. Itu kristal pertama, kita fikir, adalah spesis berlian mikroskopik, kerana bintang kaya karbon dan kerana bentuk berlian pada suhu tertinggi mana-mana kristal yang diketahui.
Bagaimana dengan mineral pertama di Bumi?
Oleh kerana gas-gas di sekitar bintang-bintang terawal disejukkan, mungkin ada selusin kristal berlainan yang terbentuk daripada unsur-unsur yang paling biasa: silikon, oksigen, magnesium, nitrogen. Ini adalah spesies kristal mineral yang pertama yang membebaskan kosmos dan membentuk habuk awan yang akhirnya membentuk sistem suria baru. Bumi terbentuk dari salah satu awan itu.
Planet terawal mungkin mempunyai 400 atau 500 galian. Kemudian sebagai planet seperti Bumi berevolusi lebih dari satu bilion tahun, kita mungkin telah mencapai 1, 500 mineral, semuanya terbentuk daripada proses kimia dan fizik tulen. Selain itu, tidak ada lagi proses fizikal atau kimia lain yang kita tahu untuk planet seperti Bumi untuk membuat lebih banyak mineral-sehingga anda mempunyai kehidupan.
Bagaimana mineral mempengaruhi kehidupan awal?
Permukaan mineral melindungi, mengatur dan templat. Mereka mengambil molekul-molekul itu dan memilih dan menumpukan mereka ... mereka membantu molekul-molekul itu bertindak balas untuk membentuk struktur yang lebih lama dan lebih lama seperti membran dan polimer sel. Kami tahu bahawa molekul tidak dapat mengatur cara itu di lautan atau atmosfera-mereka terlalu banyak mencairkan, mereka terlalu rawak. Ia adalah permukaan, seperti mineral, yang menyediakan kedua-dua tenaga dan mekanisme tumpuan yang diperlukan untuk membawa molekul bersama-sama dalam langkah-langkah utama untuk asal hidup.
Persoalan terbesar adalah: Bagaimanakah seseorang pergi dari molekul terorganisir pada permukaan mineral ke set molekul yang membuat salinannya sendiri? Kita pasti tahu bahawa itu adalah ciri asas kehidupan, replikasi diri, dan kita tahu bahawa beberapa sistem molekul awal mestilah mengetahui trik itu. Mungkin mineral membimbing proses itu atau mungkin ia hanyalah tempat yang sesuai untuk molekul untuk bertemu dan mengatur, dan hanya dengan beberapa peristiwa peluang yang tulen, hanya satu set molekul yang betul datang bersama dan membentuk sistem self-replicating ini.
Calcite (Cumbria, England), dari koleksi Muzium Mineralogi & Geologi di Harvard University. (Rob Tinworth) 
Sebuah trilobite, dari koleksi Muzium Zoolologi Perbandingan di Harvard University. Walaupun berkait rapat dengan ketam ladam moden, trilobit telah pupus 251 juta tahun yang lalu. (Rob Tinworth) 
Goethite (California), dari koleksi Muzium Mineralogi & Geologi di Harvard University. (Rob Tinworth) 
Flourite (Cumbria, England), dari koleksi Muzium Mineralogi & Geologi di Harvard University. (Rob Tinworth) 
Azurite (Arizona), dari koleksi Muzium Mineralogi & Geologi di Harvard University. (Rob Tinworth) 
Rhodochrosite (Peru), dari koleksi Muzium Mineralogi & Geologi di Harvard University. (Rob Tinworth) 
Malachite (Arizona), dari koleksi Muzium Mineralogi & Geologi di Harvard University. (Rob Tinworth) 
Labradorite (Madagascar), dari koleksi Muzium Mineralogi & Geologi di Harvard University. (Rob Tinworth) 
Variscite (Utah), dari koleksi Muzium Mineralogi & Geologi di Harvard University. (Rob Tinworth) 
Robert Hazen mengkaji iris tipis di bawah mikroskop di makmalnya di Institusi Carnegie. (Doug Hamilton) 
Gigi dari mega-hiu purba yang terdapat berhampiran Chesapeake Bay, Maryland. (Doug Hamilton) 
Stromatolit, struktur sedimen yang dibuat oleh tikar mikrob yang hidup, mencucuk melalui permukaan air di Shark Bay, Australia. Stromatolit fosil mewakili beberapa bukti kehidupan yang paling lama diketahui di Bumi. (Doug Hamilton) 
Martin Van Kranendonk dan David Flannery memeriksa stromatolit fosil berusia 2.7 bilion tahun. (Doug Hamilton) Adakah mineral masih berkembang hari ini?
Ya, tentu saja mereka. Kami sedang memasuki satu tempoh evolusi yang sangat pesat disebabkan aktiviti manusia-Anthropocene. Manusia mengubah persekitaran berhampiran permukaan, dan apabila anda melakukan itu, anda membuat ceruk kimia baru di mana mineral boleh terbentuk. Kami mengubah siklus geokimia hampir setiap elemen. Kami melakukan perkara-perkara, kami membina sesuatu, kami mengalihkan perkara dan kami membina loji kimia. Salah satu akibat daripada melakukan ini adalah bahawa mineral baru timbul.
Terdapat mineral yang hanya berlaku dalam longgokan lombong atau saliran lombong asid. Terdapat galian baru yang hanya berlaku pada kayu sokongan lombong. Tapak pelupusan kini mempunyai produk cuaca pada skrin komputer lama dan iPhone, yang membentuk galian baru unsur-unsur nadir bumi yang hanya ditemui.
Mengapa orang perlu mengambil berat mengenai mineral?
Mineral sangat luar biasa. Filem ini menunjukkan bahawa ada keindahan estetik ini kepada mineral-sihir semata-mata. Mereka penting untuk setiap aspek masyarakat: Kami tidak mempunyai teknologi dan tidak ada kemudahan kehidupan moden jika bukan untuk alam mineral. Sangat mudah untuk melupakannya, kerana kita terlindung dari perlombongan dan pemprosesan dan rawatan kimia produk-produk ini. Tetapi dunia moden kita adalah satu yang difasilitasi oleh mineral. Saya fikir melihat galian dalam konteks yang lebih baik dari geosphere dan biosfera yang baru berkembang itu hanya lapisan yang lebih penting dan menarik minat subjek.
Untuk dokumentari NOVA, anda difilemkan di seluruh dunia. Apa tempat kegemaran anda untuk dikunjungi?
Saya pasti suka Morocco dan saya telah berada di sana setengah dozen kali sekarang. Tetapi pergi ke Australia Barat-adalah suatu keistimewaan untuk berada di tanah ini sangat jauh, sangat cantik, walaupun jarang, tanah yang sepi dan berbahaya dari Pilbara. Batu berukuran 3.5 bilion tahun itu membentuk sebuah pulau kecil di bumi kuno yang pada dasarnya tidak mengalami perubahan. Batu tidak pernah mengalami jenis perubahan dan hakisan yang diketahui oleh hampir semua batu muda.
Ia hanya tempat yang menakjubkan. Ia seperti ziarah untuk ahli geologi. Untuk melihatnya dan dapat berkongsi dengan beberapa pakar di dunia adalah sesuatu ahli geologi yang akan memberikan banyak pengalaman. Saya melihat singkapan pertama dan segar melalui mata saya sendiri, tetapi kemudian saya belajar dari mereka dan dapat melihatnya melalui mata orang lain yang lebih berpengalaman. Itulah pengalaman yang benar-benar berubah.
The Rocky Start Life documentary akan disiarkan Rabu, 13 Januari pukul 9 malam ET pada PBS.
Ketahui mengenai penyelidikan ini dan banyak lagi di Balai Cerap Deep Carbon.
