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ワシントンDCの丘陵の緑豊かなキャンパスには、カーネギー科学研究所の2つの部門があります：地球物理学研究所と、趣のある名前の地磁気学部です。研究所が設立された1902年、地球の磁場を測定することは、航海図の作成者にとって差し迫った科学的必要性でした。現在、ここで働いている人々、つまりボブヘイゼンのような人々は、より根本的な懸念を持っています。ヘイゼンと彼の同僚は、施設の「圧力爆弾」、つまり地球の内部で見られる非常に高い温度と圧力にミネラルを絞って加熱するパン箱サイズの金属シリンダーを使用して、生命の起源にほかなりません。

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鉱物学者のボブ・ヘイゼンは、砂に隠された化石やサメの歯を探してチェサピーク湾の海岸を歩くのが好きなことについて語っています

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鉱物学者のヘイゼンは、生物に見られる最初の有機化学物質がどのように形成され、約40億年前に互いに発見されたかを調査しています。科学者が熱水噴出孔を発見した約20年後の1996年にこの研究を開始しました。これは、水が溶融岩によって華氏数百度に加熱される深海底の割れ目です。通気孔は、巨大なワーム、盲目エビ、硫黄を食べる細菌が生息する奇妙な水中生態系に燃料を供給します。ヘイゼンと彼の同僚は、豊かな鉱物堆積物と割れ目がお湯を冷たいものに噴出する複雑な高圧ベント環境が人生の始まりであると信じていました。

ヘイゼンは、この理論をテストするために圧力爆弾を使用できることに気付きました。このデバイス（技術的には「内部加熱式ガス媒体圧力容器」）は、超強力なキッチン圧力鍋のようなもので、1, 800度を超える温度と、海面の大気の最大10, 000倍の圧力を生成します。（何かがうまくいかなかった場合、その後の爆発は実験室の建物の大部分を奪う可能性があります;オペレーターは装甲障壁の後ろから圧力爆弾を動かします。）

装置の最初の実験で、Hazenは数ミリグラムの水、ピルビン酸と呼ばれる有機化学物質、および二酸化炭素を生成する粉末をすべて、彼が溶接した金（内部の化学物質と反応しない）でできた小さなカプセルに入れました彼自身。彼は480度、2, 000気圧で3つのカプセルを圧力爆弾に入れました。そして、彼は昼食に行きました。 2時間後にカプセルを取り出したとき、内容物は何万もの異なる化合物に変化していました。後の実験で、彼は窒素、アンモニア、初期の地球に存在する可能性のある他の分子を組み合わせました。これらの実験では、Hazenと彼の同僚は、アミノ酸や糖などのあらゆる種類の有機分子を作成しました。

Hazenの実験は転換点を示しました。それらの前に、生命の起源の研究は、チャールズダーウィン自身によって1871年にスクリプト化されたシナリオによって導かれていました。「しかし、もし私たちがあらゆる種類のアンモニアで、温かい小さな池で妊娠できたらそして、リン酸塩、光、熱、電気などが存在し、タンパク質化合物が化学的に形成され、さらに複雑な変化を起こす準備ができていることが示されています。...」

1952年、シカゴ大学の化学の大学院生であるスタンレーミラーは、ダーウィンの夢を創造しようとしました。ミラーは、ガラス管でアンモニア、メタン、水素を含む水に接続された水（初期の海洋を表す）を保持する容器を設置しました。当時の科学者たちは、初期の大気に近いと考えていました。炎が水を加熱し、蒸気を上方に送りました。大気フラスコでは、電気火花が雷をシミュレートしました。実験は非常に長いショットであったため、ミラーの顧問であるハロルド・ウレイは時間の無駄だと考えました。しかし、次の数日間で、水は真っ赤になりました。ミラーはアミノ酸のスープを作りました。

44年後、ボブヘイゼンの圧力爆弾実験は、雷雨だけでなく、熱水噴出孔も生命に火をつけた可能性があることを示しました。彼の研究はすぐにさらに驚くべき結論に至りました。生命の基本的な分子は、熱水噴出孔、火山、, 石など、あらゆる場所で形成できることが判明しました。宇宙生物学者は、オープンスペースの岩を割って、アミノ酸、糖や脂肪酸に似た化合物、RNAやDNAに見られる核酸塩基を発見しました。そのため、地球上の生命の最初の構成要素の一部が宇宙から来た可能性さえあります。

ヘイゼンの発見は、縁起の良い時期にもたらされました。「数年前には、私たちは生命の起源コミュニティから笑われていたでしょう」と彼は言います。しかし、NASAは、その後、その宇宙生物学プログラムを開始して、生命が他の惑星や月などの奇妙な環境で進化した可能性があるという証拠を探していました。「NASAは、ヨーロッパ、タイタン、ガニメデ、カリスト、火星に行くことを正当化した」とヘイゼンは言う。そこに生命が存在する場合、それは表面下の、暖かい高圧環境にある可能性があります。

地球に戻って、ヘイゼンは2000年までに「生活の基本的な構成要素を作るのは簡単だ」と結論付けたと言います。より難しい質問：正しい構成要素はどのように組み込まれましたか？アミノ酸にはさまざまな形がありますが、生物がタンパク質を形成するために使用するのは一部のみです。彼らはどのようにお互いを見つけましたか？

カーネギー研究所の研究棟の窓のあるコーナーで、Hazenはメモ帳に分子を描き、生命への道の最初のステップをスケッチしています。「プレバイオティクスの海があり、海底には岩があります」と彼は言います。「そして、基本的に、溶液中に浮いている分子がここにありますが、それは非常に希薄なスープです。」初期の海で新しく形成されたアミノ酸については、本当に孤独な生活だったに違いありません。「原始スープ」というおなじみのフレーズは豊かで濃厚に聞こえますが、ビーフシチューではありませんでした。それはおそらく、広大な海のあちこちにあるほんの数個の分子でした。「つまり、ここで分子がこの分子にぶつかり、実際に化学反応が何らかの大きな構造を形成する可能性は、非常に小さいです」とヘイゼンは続けます。彼は、熱水噴出孔の周りに堆積する鉱床または表面の潮溜まりに並ぶ鉱床が、孤独なアミノ酸がお互いを見つけるのを助けた仲人であったと考えています。

岩は、光沢があり滑らかであるか、ゴツゴツして荒いかを問わず、テクスチャーがあります。鉱物の表面の分子にもテクスチャーがあります。水素原子は鉱物の表面をあちこちさまよっていますが、電子は近くのさまざまな分子と反応します。鉱物の近くを漂うアミノ酸は、その表面に引き寄せられる可能性があります。アミノ酸のビットが結合を形成する場合があります。十分な結合を形成すると、タンパク質が得られます。

カーネギー研究所に戻って、ヘイゼンの同僚はその求愛の最初のステップを検討しています。カテリーナ・クロチコは、他の実験や多くの数学と組み合わせたときに特定の分子がどのようにミネラルに付着するかを示す実験を準備しています。それらはミネラルにしっかりと付着しますか、それとも分子が一箇所だけに付着し、残りを可動性にして、他の分子と結合する可能性を高めますか？

Klochkoはラック、プラスチックチューブ、必要な液体を取り出します。「非常に退屈で退屈だ」と彼女は警告する。彼女は4インチのプラスチックチューブに小さなミネラルパウダーを少量入れ、次にアルギニン、アミノ酸、および液体を加えて酸性度を調整します。次に、ガスが溶液中を泡立っている間、彼女は8分間待機します。仕事は本当に退屈に思えるかもしれませんが、集中力が必要です。「それが問題です。各ステップは重要です」と彼女は言います。「それぞれの場合、間違えた場合、データは奇妙に見えますが、どこで間違えたかわかりません。」彼女は7つのチューブで7回成分を混ぜます。彼女が働いていると、「The Scientist」がラジオに登場します：「Nooooobody saaaaid saaaaid it was easyyyy」と、ColdplayのボーカリストChris Martinが歌います。

2時間後、サンプルは、試験管用の高速観覧車の一種である回転装置に入れられ、一晩中混合されます。午前中、Klochkoは液体に残っているアルギニンの量を測定します。残りのアミノ酸は、ミネラルパウダーの小さな表面に付着しています。

彼女と他の研究者は、さまざまな組み合わせで何度も繰り返し、異なる鉱物と異なる分子で同じ実験を繰り返します。目標は、Hazenと彼の同僚が、地球の初期の海で起こったようなより複雑な相互作用を予測できるようにすることです。

分子が鉱物とどのように相互作用するかを研究してから、生命がどのように始まったかを理解するまでにどれくらい時間がかかりますか？誰も知らない。ひとつには、科学者は人生の定義に決して落ち着いていない。誰もがそれが何であるか、そして自己複製と世代から世代への情報の受け渡しが重要であるという一般的な考えを持っています。カリフォルニア州ラホーヤにあるスクリップス研究所のジェラルドジョイスは、その定義を「「スクイーズなもの」のようなもの」にすべきだと冗談を言っています。

ヘイゼンの作品は、生命の起源を超えた意味を持っています。「アミノ酸が結晶に付着することは、環境のいたるところにあります」と彼は言います。体内のアミノ酸はチタンの関節に付着します。細菌の膜はパイプ内で成長します。タンパク質とミネラルが出会うあらゆる場所で、アミノ酸は結晶と相互作用しています。「すべての岩、すべての土、建物の壁、歯や骨と相互作用する微生物、どこにでもあります」とヘイゼンは言います。

週末のリトリートでは、61歳のヘイゼンのチェサピーク湾を見下ろし、円を描くように揺れ動き回っている白黒のアヒルの双眼鏡を覗き、それ以外はまだ水をかき混ぜています。彼は彼らが魚を放牧していると考えています。彼は妻のマージーに、見てみましょうと呼びかけています。「バフヘッドにはこの非常に興味深い現象が起こっています！」

リビングルームの棚には、カップルが近くで見つけたもの、ビーチガラス、かごいっぱいのミネラル、化石化したフジツボ、サンゴ、ホオジロザメの歯などが置かれています。干潮時にビーチで発見された1500万年前のクジラの顎骨は、Hazenが掃除しているダイニングルームのテーブルに散らばっています。「これが熱帯の楽園だったとき、それは生きている呼吸するクジラの一部でした」と彼は言います。

ヘイゼンは、クリーブランドの子供時代に先史時代の彼の関心をたどり、化石の採石場からそれほど遠くない場所で育ちました。「9歳か10歳のときに初めて三葉虫を集めました」と彼は言います。「彼らはクールだと思っただけです」と彼は、数百万年前に絶滅した海洋節足動物について語っています。彼の家族がニュージャージーに移った後、彼の8年生の科学の先生は彼に近くの町の鉱物をチェックするように勧めました。「彼は私に地図を与え、彼は私に指示を与え、彼は私に標本を与えました、そして私の両親はこれらの場所に私を連れて行ってくれました」とヘイゼンは言います。「だから私は夢中になりました。」

マサチューセッツ工科大学で古生物学のクラスを一緒に受講した後、彼の将来の妻であるヘイゼンとマージー・ヒンドルは三葉虫の収集を始めました。彼らは今何千人もいます。「それらのいくつかは非常にかわいいです」とヘイゼンは言います。「この球根状の鼻。抱きしめたい。」

ヘイゼンのオフィスには三葉虫があり、自宅のメリーランド州ヘイゼンのベセスダには地下の部屋があり、棚を覆い、机の引き出しとキャビネットを埋めています。アートセラピストになるために勉強している34歳のベンと、32歳の教師であるリズによる三葉虫のアートさえあります。「これは究極のかわいい三葉虫です」と彼は言い、キャビネットに手を伸ばしてパラレジュラスを取り出します。「どうしてそれを愛さないの？」

ヘイゼンは自分を「ナチュラルコレクター」と呼んでいます。彼とマージーは、たまたまブラスバンドの写真を収めた額縁を買った後、ブラスバンドの他の写真を買い始めました。最終的に彼らはブラスバンドの歴史、 ミュージック・メン、そしてほぼすべての町に独自の時代があったアメリカの時代を書きました。（ボブは1966年以来プロとしてトランペットを演奏している。）彼はまた、地質学に関する18世紀と19世紀の詩のコレクションも出版しており、そのほとんどはかなり悪いと言う（ 「そして、あなたは岩だ！あなたがた/あなたはいろんな地層で、私にとっては名前が難しい」 ）。しかし、カップルは物事に固執しない傾向があります。「これは奇妙に聞こえますが、コレクターとして、私はこれまで夢中になりませんでした」とボブは言います。「それらを保持し、それらを近くで研究することができたことは本当に特権です。だからこそ、バンド写真のハーゼンコレクションとエフェメラ、ca。 1818-1931、現在は国立アメリカ歴史博物館にあります。ハーバードには8年生から始めた鉱物コレクションがあり、ヘイゼン人は三葉虫を国立自然史博物館に寄贈しています。

しばらくの間、鉱物がどのように生命の進化を助けたのかを考えた後、Hazenは現在、方程式の反対側、つまり生命が鉱物の発展に拍車をかけていることを調査しています。彼は、太陽系よりも前の塵粒には、ダイヤモンドやグラファイトを含む約12種類の鉱物しかなかったと説明しています。太陽が点火すると、さらに50個ほどが形成されました。地球上では、火山は玄武岩を放出し、プレートテクトニクスは銅、鉛、亜鉛の鉱石を作りました。「鉱物は、星の爆発や惑星形成、プレートテクトニクスの引き金となるこの種の壮大な物語のプレイヤーになります」と彼は言います。「そしてその後、生命が重要な役割を果たします。」大気に酸素を導入することにより、光合成により、たとえばターコイズ、アズライト、マラカイトなどの新しい種類のミネラルが可能になりました。コケや藻類が陸地に登り、岩を砕き、粘土を作りました。これにより、より大きな植物ができ、より深い土壌ができました。今日、約4, 400の既知の鉱物があります。その3分の2以上は、生命が惑星を変えた方法のためだけに生まれました。それらのいくつかは、生物のみによって作成されました。

彼が見るところはどこでも、彼は同じ魅力的なプロセスを見ていると言います：複雑さの増加。「あなたは同じ現象を、言語や物質文化、人生そのものに繰り返し見ます。それは、熱水噴出環境の複雑さです-岩の近くの冷たい水と熱い水が混ざり合って、鉱石堆積物が新しく形成されたアミノ酸が集まることができる硬い表面を提供します-それはそれのゆりかごとしてそのような良い候補になります生活。「有機化学者は長い間試験管を使用してきました。しかし、生命の起源は岩を使用し、水を使用し、大気を使用します。鉱物が進化し、生命が発生し、多様化し、それに伴って三葉虫、クジラ、霊長類、そしてあなたがそれを知っている前に金管バンドがやって来ます。

ヘレンフィールズはスミソニアンのためにスネークヘッドの魚と恐竜の化石の軟部組織の発見について書いた。 アマンダルシドンはワシントンDCを拠点としています