生命と岩は地球上で共進化したかもしれない| 科学| スミソニアン - 記事、科学、私たちの惑星

10年前のクリスマスパーティーで、ロバートヘイゼンの頭の中にアイデアが生まれました。ヘイゼンは当時、自称「ハードコア」鉱物物理学者であり、ほとんどの科学者（および20の質問のプレイヤー）と同様に、鉱物は動物や野菜とはまったく別の獣であると考えていました。しかし、それはすぐに変わりました。

関連性のあるコンテンツ

このインタラクティブな地球で深い時間を旅する
初期の人生はMe石の残骸で繁栄したかもしれない

パーティーの期間中、理論生物学者のハロルド・モロウィッツは、ヘイデンに地球の初期の地球が形成された46〜40億年前の地質時代に粘土鉱物が存在したかどうかをヘイゼンに尋ねた。基本的な質問ですが、ヘイゼンは驚いた。モロヴィッツは本質的に、地球が新しいとき、そしておそらく生命が生まれたときに存在した鉱物学が、私たちが今日見るものと異なるかどうかを尋ねていました。

「歴史上、そのような質問をした鉱物学者はいませんでした」とヘイゼンは言います。ミネラル形成プロセスは、数十億年前でも先週火曜日でも同じであるはずですが、ヘイゼン氏は、人生が時間とともに変化するように、ミネラルが進化できないと仮定する理由がないことに気付きました。彼と彼の同僚はそれ以来、人生は孤立して生まれたのではないことを示してきました。そして、人生が進化するにつれて、新しい鉱物の形成を可能にする無数の化学的ニッチを作り出しました。

「地球圏と生物圏のこの共進化が見られます」とヘイゼンは言います。「人生はロックを生み、ロックは人生を生みます。」彼のチームとこの分野の他の専門家は、このアイデアを新しいNOVA機能Life's Rocky Startで紹介しています。私は映画と鉱物の驚くべき世界について少しおしゃべりするためにヘイゼンと座りました（以下は長さに編集されています）：

映画Life's Rocky Startについて少し教えてください。

Life's Rocky Startは、地球の45億年の歴史の物語であり、ある種の変容を遂げた鉱物学者の目を通して語られています。私は鉱物学者として始めました。ほとんどの鉱物学者がそうであるように、鉱物は美しい物理的物体であると考えています。それらは多様で、多様です。しかし、生命の物語も語らない限り、鉱物の物語を語ることはできません。今日、私たちは5, 000以上の鉱物種を知っています。それぞれが独特の化学組成と結晶構造です。そして、これらの5, 000のうち、3分の2以上は、生命が地球に行った変化の結果です。

それでは、宇宙で最初の鉱物は何でしたか？

私たちが深い時間をかけて鉱物について考え始めたとき、驚くべきことに、誰もその質問をしませんでした。それは素晴らしいことではありませんか？どの分野でも、起源は大したものです-最初の生命、最初の惑星、最初の星。しかし、鉱物学者は、最初の鉱物は何だったのか尋ねたことはありませんでした？

ビッグバンの直後、物事は非常に暑く、物事が少し凝縮した後でも、宇宙の大部分を占めたのは水素とヘリウムガスだけでした。それらはガスであるため鉱物を形成せず、鉱物は結晶でなければなりません。次に水素とヘリウムガスがしたことは、大きな星に凝縮することでした。星は元素合成と呼ばれるもののエンジンであり、周期表のすべての化学元素を作ります。ミネラルはこれらの他の要素から形成されます。

その最初の星の後、最初の結晶を手に入れることができたのはいつですか？答えは、非常に精力的な星または爆発する超新星のガス状エンベロープにあることが判明しました。これらのガス状のエンベロープが膨張して冷却されると、最初の結晶が形成されるのに十分なだけの元素の濃度と温度が十分に低くなります。星は炭素に富んでおり、ダイヤモンドは既知の結晶の最高温度で形成されるため、その最初の結晶はダイヤモンドの微視的種であると考えられます。

地球上の最初の鉱物はどうですか？

最も初期の星の周りのガスが冷却されると、最も一般的な元素であるシリコン、酸素、マグネシウム、窒素で形成されたさらに多くの異なる結晶が存在する可能性があります。これらは、宇宙に散らばり、最終的に新しい太陽系を形成した大きな雲の塵を形成した鉱物結晶の非常に最初の種でした。これらの雲の1つから形成された地球。

最古の惑星には、400個または500個の鉱物が含まれていた可能性があります。その後、地球のような惑星が10億年にわたって進化したとき、私たちは純粋な化学的および物理的プロセスから形成された最大1, 500個の鉱物を得た可能性があります。それを超えて、地球のような惑星がより多くの鉱物を生産するために知っている他の考えられる物理的または化学的プロセスはありません-あなたが生命を持つまで。

ミネラルは初期の人生にどのように影響しましたか？

鉱物の表面は、保護、整理、テンプレート化されます。それらはそれらの分子を選択し、それらを選択して濃縮します...それらはそれらの分子が細胞膜やポリマーのようなより長い構造を形成するように反応するのを助けます。私たちは、分子が海洋または大気中で単純にそのように組織化できないことを知っています-それらは非常に希薄であり、非常にランダムすぎます。生命の起源の重要なステップで分子をまとめるのに必要なエネルギーと濃縮メカニズムの両方を提供したのは、鉱物のような表面でした。

最大の問題は、鉱物表面で組織化された分子から、それ自体のコピーを作成する一連の分子にどのように移行するかということです。私たちは、それが生命の基本的な特徴である自己複製であることを確かに知っており、分子の初期のシステムがそのトリックを見つけたに違いないことを知っています。おそらく鉱物がそのプロセスを導いたか、あるいはそれらは単に分子が会って整理するのに便利な場所であり、純粋な偶然の出来事によって、ちょうど正しい分子のセットが集まってこの自己複製システムを形成したのかもしれません。

方解石（カンブリア、イギリス）、ハーバード大学の鉱物および地質博物館のコレクションから。（ロブ・ティンワース）

ハーバード大学の比較動物学博物館のコレクションからの三葉虫。三葉虫は現代のカブトガニと密接な関係がありますが、2億5100万年前に絶滅しました。（ロブ・ティンワース）

ゲータイト（カリフォルニア）、ハーバード大学の鉱物および地質博物館のコレクションから。（ロブ・ティンワース）

ハーバート大学の鉱物および地質学博物館のコレクションのフローライト（イギリス、カンブリア）。（ロブ・ティンワース）

アズライト（アリゾナ州）、ハーバード大学の鉱物地質博物館のコレクション。（ロブ・ティンワース）

Rhodochrosite（ペルー）、ハーバード大学の鉱物および地質博物館のコレクションから。（ロブ・ティンワース）

ハーバード大学の鉱物地質博物館のコレクションのマラカイト（アリゾナ州）。（ロブ・ティンワース）

ラブラドライト（マダガスカル）、ハーバード大学の鉱物および地質学博物館のコレクション。（ロブ・ティンワース）

ハーバード大学の鉱物地質博物館のコレクションのバリサイト（ユタ州）。（ロブ・ティンワース）

ロバートヘイゼンは、カーネギー研究所の研究室で顕微鏡下で岩の薄片を研究しています。（ダグハミルトン）

メリーランド州チェサピーク湾の近くで見つかった古代のメガサメの歯。（ダグハミルトン）

ストロマトライトは、生きている微生物のマットでできた堆積構造で、オーストラリアのシャーク湾の水面を突き抜けています。化石ストロマトライトは、地球上の生命の最も古い既知の証拠のいくつかを表しています。（ダグハミルトン）

マーティンヴァンクラネンドンクとデビッドフラナリーは、27億年前の化石ストロマトライトを検査します。（ダグハミルトン）

ミネラルは今日も進化していますか？

はい、もちろんそうです。私たちは、人間の活動のために非常に急速な進化の時代、人類新世に入りつつあります。人間は地表近くの環境を変えており、それを行うと、鉱物が形成される可能性のある新しい化学ニッチを作成します。ほぼすべての元素の地球化学的サイクルを変えています。私たちは物を採掘し、物を作り、物をシフトし、化学プラントを作ります。これを行うことの結果の1つは、新しいミネラルが生じることです。

鉱山のダンプまたは酸性鉱山排水でのみ発生する鉱物があります。鉱山の支持材でのみ発生する新しい鉱物があります。埋め立て地には現在、古いコンピューター画面とiPhoneの耐候性製品があり、発見されたばかりの希土類元素の新しい鉱物を形成しています。

なぜ人々はミネラルを気にしなければならないのですか？

ミネラルは驚くほど素晴らしいです。この映画は、ミネラルにはこの美的美しさ、つまり純粋な魔法があることを示しています。それらは社会のあらゆる側面にとって重要です。私たちには技術がなく、現代の生活の便利さは鉱物の領域にとってはなかったでしょう。私たちはこれらの製品の採掘や加工、化学処理から隔離されているため、忘れがちです。しかし、私たちの現代世界は、鉱物によって促進された世界です。私は、進化する地球圏と生物圏のこのより豊かな文脈の中で鉱物を見ると、その主題に関するはるかに重要性と関心が重なると思います。

NOVAドキュメンタリーでは、世界中で撮影しました。 一番好きな場所はどこですか？

私は確かにモロッコが大好きで、今では半ダースも行っています。しかし、西オーストラリアに行くと、この信じられないほど遠く、信じられないほど美しいが、まばらで荒れ果てた、危険なピルバラの土地にいることは特権でした。 35億年前の岩は、本質的に変形していない古代地球の小さな島を形成しています。岩は、事実上すべての若い岩で知られている種類の変質と侵食を経験していません。

それはただ驚くべき場所です。それは地質学者の巡礼のようなものです。それを見て、それを世界の専門家と共有できるようにすることは、地質学者が多くの経験をすることになるでしょう。私は最初に露頭を自分の目で見ましたが、それから彼らから学び、より経験のある他の人の目で見ることができました。それは本当に変容した経験でした。

ドキュメンタリー「 Life's Rocky Start」 は、1月13日水曜日、東部標準時の午後9時にPBSで放送されます。

この研究の詳細については、Deep Carbon Observatoryをご覧ください。