החיים והסלעים עשויים להתפתח יחד בכדור הארץ

במסיבת חג המולד לפני עשר שנים, התגבש רעיון במוחו של רוברט האזן. האזן היה אז פיזיקאי מינרלים שנקרא "ליבה קשה", וכמו רוב המדענים (ושחקני 20 השאלות), הוא ראה במינרל חיה נפרדת לחלוטין מחיות וירקות. אבל זה היה בקרוב להשתנות.

תוכן קשור

• נסע דרך עמוק עם כדור הארץ האינטראקטיבי הזה
• החיים המוקדמים עשויים לשגשג בהריסות מטאוריט

במהלך המסיבה שאל הביולוג התיאורטי הרולד מורוביץ את האזן אם מינרלים מחימר היו קיימים בתקופת הדאן - התקופה הגיאולוגית לפני 4.6-4 מיליארד שנה, אז התהוות כדור הארץ הקדום. למרות שאלה בסיסית, הוזן נדהם. מורוביץ שאל בעצם האם המינרלוגיה שהתקיימה כאשר כדור הארץ היה חדש, ואולי כשמקורם של החיים, שונה מזו שאנו רואים כיום.

"אף מינרולוג בהיסטוריה לא שאל מעולם שאלה כזו", אומר חזן. בעוד שתהליך היווצרות מינרלים צריך להיות זהה בין אם התרחש לפני מיליארדי שנים ובין אם ביום שלישי שעבר, חזן הבין שאין שום סיבה להניח שמינרלים לא יכולים להתפתח, בדיוק כמו שהחיים משתנים עם הזמן. הוא ועמיתיו הראו מאז שהחיים לא צצו בבידוד - מינרלים ככל הנראה סייעו להם במהלך הדרך. וככל שהתפתחו החיים, הם יצרו מספר עצום של גומחות כימיות שאיפשרו להיווצר מינרלים חדשים.

"אנו רואים התפתחות משותפת זו השזורה של הגאוספרה והביוספרה", אומר האזן. "החיים מתחילים רוק, סלעים שזכו לחיים." הצוות שלו ומומחים אחרים בתחום מציגים את הרעיון הזה בתכנית NOVA חדשה של Life's Rocky Start . ישבתי עם חזן לפטפט קצת על הסרט ועל עולם המינרלים המדהים (להלן עריכה לאורך):

ספר לי קצת על הסרט התחל הרוקי של Life ?

התחל הרוקי של Life הוא סיפור ההיסטוריה של כדור הארץ בן 4.5 מיליארד השנים, המסופר דרך עיניו של מינרלוג שעבר בעצמו מעין טרנספורמציה. התחלתי כמינרולוג, וחשבתי כמו שרוב המינרלוגים עושים שמינרלים הם חפצים גופניים יפים - הם מגוונים, הם מגוונים. אבל אתה לא יכול לספר את סיפור המינרלים בלי לספר גם את סיפור החיים. כיום ידוע לנו על 5, 000 מינים מינרליים או יותר - כל אחד מהם הרכב כימי מובנה ומבנה גבישים. ומתוכם 5, 000, יותר משני שליש הם תוצאה של השינויים שחלו החיים בכדור הארץ.

אז מה היה המינרל הראשון ביקום?

כשהתחלנו לחשוב על מינרלים לאורך זמן עמוק, באופן מפתיע, איש לא שאל את השאלה הזו. זה לא מדהים? בכל תחום, מקורות הם עניין גדול - חיים ראשונים, כוכבי לכת ראשונים, כוכבים ראשונים. אבל מינרולוגים מעולם לא שאלו, מה היה המינרל הראשון?

מיד אחרי המפץ הגדול, הדברים חמים מדי, וגם אחרי שהדברים התמצאו מעט, רק גז מימן והליום הם שהרכיבו את עיקר היקום. הם לא יוצרים מינרלים מכיוון שהם גזים, ומינרלים חייבים להיות גבישים. הדבר הבא שעשו גז מימן והליום היה להתעבות לכוכבים גדולים. כוכבים הם מנועים של מה שמכונה נוקלאוזינתזה, או מהווים את כל היסודות הכימיים בטבלה המחזורית. מינרלים נוצרים מאותם אלמנטים אחרים.

מתי אחרי הכוכב הראשון יכול היה לקבל את הגביש הראשון? התשובה, מסתבר, נמצאת במעטפות הגזים של כוכבים אנרגטיים מאוד או סופרנובות מתפוצצות. ככל שמעטפות הגזים האלו מתרחבות ומתקררות, יש לכם ריכוזים של אלמנטים שהם מספיק גבוהים וטמפרטורות מספיק נמוכות כך שהגבישים הראשונים יכולים להיווצר. גביש ראשון זה, אנו חושבים, היה מין מיקרוסקופי של יהלום, מכיוון שכוכבים הם עשירים בפחמן ומכיוון שהיהלום נוצר בטמפרטורה הגבוהה ביותר של כל גביש ידוע.

מה לגבי המינרלים הראשונים בכדור הארץ?

עם התקררות הגזים סביב הכוכבים הקדומים ביותר, יתכנו תריסר גבישים שונים יותר שנוצרו מהיסודות הנפוצים ביותר: סיליקון, חמצן, מגנזיום, חנקן. אלה היו המינים הראשונים של גבישים מינרליים שהפכו את הקוסמוס ויצרו את האבק של אותם עננים גדולים שהיוו בסופו של דבר מערכות שמש חדשות. כדור הארץ נוצר מאחד מאותם עננים.

בכוכבי הלכת הקדומים ביותר היו אולי 400 או 500 מינרלים. ואז, ככל שכוכבי לכת כמו כדור הארץ התפתחו במשך מיליארד שנה, יתכן שהשגנו עד 1, 500 מינרלים, כולם נוצרים מתהליכים כימיים ופיזיים טהורים. מעבר לכך, אין שום תהליך פיזי או כימי שניתן להעלות על הדעת שאנו מכירים עבור כוכב לכת דמוי כדור הארץ כדי לייצר יותר מינרלים - עד שיהיו לך חיים.

איך מינרלים השפיעו על החיים המוקדמים?

משטחי המינרלים מגנים, מארגנים ומתבנים. הם לוקחים את אותן מולקולות ובוחרים ומרכזים אותם ... הם עוזרים למולקולות הללו להגיב ליצירת מבנים ארוכים וארוכים יותר כמו קרומי תאים ופולימרים. אנו יודעים שמולקולות פשוט אינן יכולות לארגן ככה באוקיאנוס או באטמוספרה - הן מדוללות מדי, הן הרבה יותר אקראיות. היו אלה משטחים, כמו מינרלים, שסיפקו גם את האנרגיה וגם את מנגנון הריכוז הדרוש כדי להפגיש מולקולות בשלבי המפתח למקור החיים.

השאלה הגדולה ביותר היא: איך עוברים ממולקולות המאורגנות על משטח מינרלי לקבוצה של מולקולות שעושה עותקים של עצמה? אנו בהחלט יודעים שזה המאפיין הבסיסי של החיים, שכפול עצמי, ואנחנו יודעים שמערכת מולקולות מוקדמת כלשהי בטח הצליחה להבין את הטריק הזה. אולי המינרלים הנחו את התהליך הזה או שאולי הם היו בסך הכל מקום נוח למולקולות להיפגש ולארגן, ובדיוק על ידי אירוע מקרי טהור כלשהו, ​​בדיוק קבוצת המולקולות הנכונה התאגדה ויצרה את המערכת המשכפלת את עצמה.

קלציט (קומבריה, אנגליה), מאוספי המוזיאון המינרלוגי והגיאולוגי באוניברסיטת הרווארד. (רוב טינוורת ') טרילוביט, מאוספי המוזיאון לזואולוגיה השוואתית באוניברסיטת הרווארד. אף על פי שקשור קשר הדוק לסרטני פרסה מודרניים, טרילוביטים נכחדו לפני 251 מיליון שנה. (רוב טינוורת ') גתיט (קליפורניה), מאוספי המוזיאון המינרלוגי והגיאולוגי באוניברסיטת הרווארד. (רוב טינוורת ') פלוריט (קומבריה, אנגליה), מאוספי המוזיאון המינרלוגי והגיאולוגי באוניברסיטת הרווארד. (רוב טינוורת ') Azurite (אריזונה), מאוספי המוזיאון המינרלוגי והגיאולוגי באוניברסיטת הרווארד. (רוב טינוורת ') רודוכרוסיט (פרו), מאוספי המוזיאון המינרלוגי והגיאולוגי באוניברסיטת הרווארד. (רוב טינוורת ') מלאכיט (אריזונה), מאוספי המוזיאון המינרלוגי והגיאולוגי באוניברסיטת הרווארד. (רוב טינוורת ') לברדורייט (מדגסקר), מאוספי המוזיאון המינרלוגי והגיאולוגי באוניברסיטת הרווארד. (רוב טינוורת ') Variscite (יוטה), מאוספי המוזיאון המינרלוגי והגיאולוגי באוניברסיטת הרווארד. (רוב טינוורת ') רוברט חזן חוקר פרוסות סלע דקות במיקרוסקופ במעבדתו במכון קרנגי. (דאג המילטון) שן ממגה כריש קדום שנמצאה בסמוך למפרץ צ'סאפק, מרילנד. (דאג המילטון) סטרומטוליטים, מבנים משקעים המיוצרים על ידי מחצלות של חיידקים חיים, חודרים דרך פני המים במפרץ הכריש, אוסטרליה. סטרומטוליטים מאובנים מייצגים כמה מהעדויות העתיקות ביותר הידועות לחיים על כדור הארץ. (דאג המילטון) מרטין ואן קרננדונק ודויד פלנרי בודקים סטרומטוליט מאובני בן 2.7 מיליארד שנה. (דאג המילטון)

האם מינרלים מתפתחים כיום?

כן, ברור שכן. אנו נכנסים לתקופה של התפתחות מהירה מאוד עקב פעילויות אנושיות - האנתרופוקן. בני אדם משנים את הסביבה הקרובה לפני השטח, וכשאתה עושה זאת אתה יוצר גומחות כימיות חדשות בהן מינרלים יכולים להיווצר. אנו משנים את המחזור הגיאוכימי של כמעט כל מרכיב. אנו מכורים דברים, אנו בונים דברים, אנו משנים דברים ובונים מפעלים כימיים. אחת ההשלכות של עשיית זאת היא שמינרלים חדשים מתעוררים.

ישנם מינרלים המופיעים רק במזבלות שלי או בניקוז מוקשים. ישנם מינרלים חדשים המופיעים רק על העצים של תומכי שלי. למזבלות עומדות כיום מוצרי בליה של מסכי מחשב ישנים ואייפונים, היוצרים מינרלים חדשים של אלמנטים אדירים נדירים שרק עכשיו מתגלים.

מדוע אנשים צריכים לדאוג למינרלים?

מינרלים מדהימים להפליא. הסרט מראה שיש יופי אסתטי זה במינרלים - קסם מוחלט. הם חשובים לכל היבט של החברה: לא הייתה לנו שום טכנולוגיה ואף אחת מהנוחיות של החיים המודרניים אלמלא התחום המינרלי. קל לשכוח זאת מכיוון שאנו מבודדים מהכרייה והעיבוד והטיפול הכימי במוצרים אלה. אבל העולם המודרני שלנו הוא הקל על ידי מינרלים. אני חושב שראייה של מינרלים בהקשר עשיר יותר זה של גיאוספירה וביוספרה מתפתחת הם רק שכבות שהרבה יותר חשיבות ועניין בנושא.

עבור הסרט התיעודי NOVA, צילמת בכל העולם. מה היה המקום האהוב עליך לבקר?

אני בהחלט אוהבת את מרוקו והייתי שם כבר חצי תריסר פעמים. אבל לנסוע למערב אוסטרליה - זו הייתה זכות להיות בארץ הרחוקה להפליא, היפה להפליא, אם כי דלילה, שוממת ומסוכנת של הפילברה. הסלעים בני 3, 5 מיליארד שנה יוצרים אי קטן של כדור הארץ הקדום שהוא למעשה לא מעוצב. הסלעים מעולם לא חוו את סוג השינוי והשחיקה שידוע כמעט בכל הסלעים הצעירים יותר.

זה פשוט מקום מדהים. זה כמו עלייה לרגל לגיאולוג. לראות את זה ולהיות מסוגל לחלוק את זה עם כמה מהמומחים בעולם זה משהו שכל גיאולוג ייתן הרבה לחוות. ראיתי את ההתפרצות תחילה ורעננה דרך עיניי שלי, אך אחר כך למדתי מהם ויכולתי לראות זאת דרך עיניהם של אנשים מנוסים יותר. זו הייתה חוויה טרנספורמצית באמת.

הסרט הדוקומנטרי Life's Rocky Start ישודר ביום רביעי, 13 בינואר בשעה 21 בערב ET ב- PBS.

למדו על מחקר זה ועוד במצפה העמוק פחמן.