Na božični zabavi pred desetimi leti se je v glavi Roberta Hazena zastavljala ideja. Hazen je bil takrat samooklicani fizik mineralov in kot večina znanstvenikov (in igralcev 20 vprašanj) je menil, da je mineral popolnoma ločena zver od živali in rastlin. A to se je kmalu spremenilo.
Sorodne vsebine
- Potujte skozi globok čas s to interaktivno Zemljo
- Zgodnje življenje je lahko uspelo v razbitinah meteorita
Med zabavo je teoretični biolog Harold Morowitz Hazen vprašal, ali obstajajo minerali gline med Hadeanom - geološko obdobje pred 4, 6 in 4 milijardami let, ko se je oblikovala zgodnja Zemlja. Čeprav je bilo Hazen osnovno vprašanje, se je osupnil. Morowitz se je v bistvu vprašal, ali je mineralogija, ki je obstajala, ko je bila Zemlja nova, in morda takrat, ko je nastalo življenje, drugačna od tiste, ki jo vidimo danes.
"Noben mineralog v zgodovini še nikoli ni postavil takega vprašanja, " pravi Hazen. Medtem ko bi moral biti postopek tvorjenja mineralov enak, ne glede na to, ali se je zgodil pred več milijardami let ali prejšnji torek, je Hazen spoznal, da ni razloga za domnevo, da se minerali ne morejo razvijati, tako kot se življenje sčasoma spreminja. Odtlej je skupaj s sodelavci dokazal, da življenje ni vzniknilo osamljeno - minerali so mu verjetno pomagali na poti. In ko se je življenje razvijalo, je ustvarilo nešteto kemičnih niš, ki so omogočile oblikovanje novih mineralov.
"Vidimo to prepleteno koevolucijo geosfere in biosfere, " pravi Hazen. "Življenje se začne, kamenje začenja življenje." Njegova ekipa in drugi strokovnjaki s tega področja predstavijo to zamisel v novi NOVI- jevi oddaji Life's Rocky Start . S Hazen sem se usedla, da sem malo poklepetala o filmu in neverjetnem svetu mineralov (že dolgo je bilo to urejeno):
Povej mi malo o filmu Življenjski kamniti začetek ?
Življenjski kamniti začetek je zgodba o 4, 5 milijard letni zgodovini Zemlje, pripovedovana skozi oči mineraloga, ki je sam doživel neke vrste preobrazbo. Začel sem kot mineralog in razmišljal, kot to počne večina mineralogov, da so minerali lepi fizični predmeti - raznoliki so in so raznoliki. Toda zgodbe o mineralih ne moreš povedati, ne da bi tudi povedal zgodbo o življenju. Danes poznamo 5000 ali več mineralnih vrst - vsaka ima značilen kemijski sestavek in kristalno strukturo. Od teh 5.000 je več kot dve tretjini rezultat sprememb, ki jih je življenje na Zemlji povzročilo.
Kaj je bil torej prvi mineral v vesolju?
Ko smo začeli razmišljati o mineralih skozi globok čas, presenetljivo, tega ni nihče postavil. Ali ni to neverjetno? Na katerem koli področju so poreklo veliko - prvo življenje, prvi planeti, prve zvezde. Toda mineralogi se niso nikoli vprašali, kaj je bil prvi mineral?
Po velikem udarcu so stvari preveč vroče in tudi po tem, ko so se stvari nekoliko zgostile, je bil glavnina vesolja samo vodik in helij. Minerali ne tvorijo, ker so plini, minerali pa morajo biti kristali. Naslednja stvar, ki sta jo storila plin vodik in helij, se je kondenzirala v velike zvezde. Zvezde so motorji, imenovani nukleosinteza, ali tvorjenje vseh kemičnih elementov periodične tabele. Minerali nastajajo iz teh drugih elementov.
Ko bi po tej prvi zvezdi lahko imel prvi kristal? Odgovor se izkaže v plinastih ovojnicah zelo energičnih zvezd ali eksplodirajočih supernov. Ko se te plinaste ovojnice širijo in hladijo, imate koncentracije elementov, ki so ravno dovolj visoke in temperature ravno dovolj nizke, da se lahko tvorijo prvi kristali. Ta prvi kristal je po mojem mnenju mikroskopska vrsta diamanta, ker so zvezde bogate z ogljikom in ker diamant tvori pri najvišji temperaturi katerega koli znanega kristala.
Kaj pa prvi minerali na Zemlji?
Ko se plini okoli najzgodnejših zvezd hladijo, lahko nastane ducat več različnih kristalov, ki so nastali iz najpogostejših elementov: silicija, kisika, magnezija, dušika. To so bile prve vrste mineralnih kristalov, ki so zasuli vesolje in tvorili prah tistih velikih oblakov, ki so sčasoma oblikovali nove sončne sisteme. Zemlja je nastala iz enega od teh oblakov.
Najstarejši planeti so morda imeli 400 ali 500 mineralov. Potem ko smo se planeti, kot je Zemlja, razvijali v milijardi let, smo morda dobili do 1500 mineralov, ki so nastali iz čistih kemičnih in fizikalnih procesov. Poleg tega ni nobenega drugega fizikalnega ali kemičnega procesa, kakršnega poznamo, na planetu, ki bi bil podoben Zemlji, da bi naredil več mineralov - dokler ne boste imeli življenja.
Kako so minerali vplivali na zgodnje življenje?
Mineralne površine ščitijo, organizirajo in šablonirajo. Vzamejo te molekule in jih izberejo ter koncentrirajo ... Te molekule pomagajo pri reagiranju, da tvorijo daljše in daljše strukture, kot so celične membrane in polimeri. Vemo, da se molekule preprosto ne morejo tako organizirati v oceanu ali atmosferi - preveč so razredčene, preveč naključne. Površine, kot minerali, so zagotavljale energijo in mehanizem koncentracije, ki sta potrebna za združevanje molekul v ključnih korakih za življenjski nastanek.
Največje vprašanje je: kako gre od molekul, organiziranih na mineralni površini, do množice molekul, ki naredi kopije samega sebe? Vsekakor vemo, da je to temeljna značilnost življenja, samo-razmnoževanje, in vemo, da je moral neki zgodnji sistem molekul ugotoviti ta trik. Morda so minerali vodili v tem procesu ali pa so bili zgolj priročen prostor za srečanje in organiziranje molekul, in samo s čisto naključnim dogodkom se je ravno pravi nabor molekul združil in oblikoval ta samoumevljivi sistem.
Kalcit (Cumbria, Anglija) iz zbirk Mineraloškega in geološkega muzeja na univerzi Harvard. (Rob Tinworth) 
Trilobit iz zbirk Muzeja primerjalne zoolologije na univerzi Harvard. Čeprav so tesno povezani s sodobnimi podkve, so trilobiti izumrli pred 251 milijoni let. (Rob Tinworth) 
Goethite (Kalifornija) iz zbirk Mineraloškega in geološkega muzeja na univerzi Harvard. (Rob Tinworth) 
Flourite (Cumbria, Anglija) iz zbirk Mineraloškega in geološkega muzeja na univerzi Harvard. (Rob Tinworth) 
Azurite (Arizona) iz zbirk Mineraloškega in geološkega muzeja na univerzi Harvard. (Rob Tinworth) 
Rhodochrosite (Peru) iz zbirk Mineraloškega in geološkega muzeja na univerzi Harvard. (Rob Tinworth) 
Malahit (Arizona) iz zbirk Mineraloškega in geološkega muzeja na univerzi Harvard. (Rob Tinworth) 
Labradorit (Madagaskar) iz zbirk Mineraloškega in geološkega muzeja na univerzi Harvard. (Rob Tinworth) 
Variscite (Utah) iz zbirk Mineraloškega in geološkega muzeja na univerzi Harvard. (Rob Tinworth) 
Robert Hazen pod mikroskopom v laboratoriju v Carnegie Instituciji proučuje tanke rezine kamna. (Doug Hamilton) 
Zob starodavnega morskega psa, ki so ga našli v bližini zaliva Chesapeake v Marylandu. (Doug Hamilton) 
Stromatoliti, sedimentne strukture, ki jih izdelujejo preproge živih mikrobov, pokukajo skozi vodno gladino v zalivu Shark, Avstralija. Fosilni stromatoliti predstavljajo nekaj najstarejših znanih dokazov življenja na Zemlji. (Doug Hamilton) 
Martin Van Kranendonk in David Flannery pregledata 2, 7 milijarde let star fosilni stromatolit. (Doug Hamilton) Se minerali še danes razvijajo?
Ja, seveda so. Vstopamo v obdobje zelo hitrega razvoja zaradi človeških dejavnosti - antropocena. Ljudje spreminjajo bližnje okolje in takrat ustvarite nove kemične niše, v katerih se lahko tvorijo minerali. Spreminjamo geokemijski cikel skoraj vsakega elementa. Mine stvari, gradimo stvari, prestavljamo stvari in gradimo kemične obrate. Ena od posledic tega je, da nastajajo novi minerali.
Obstajajo minerali, ki se pojavljajo le v rudnikih ali odtokih rudnikov kislin. Obstajajo novi minerali, ki se pojavljajo le na lesenih rudnikih. Na odlagališčih so zdaj proizvodi vremenskih vplivov starih računalniških zaslonov in iPhonov, ki tvorijo nove minerale redkih zemeljskih elementov, ki jih šele odkrivamo.
Zakaj bi ljudje skrbeli za minerale?
Minerali so neverjetno čudoviti. Film prikazuje, da obstaja ta estetska lepota do mineralov - čista magija. Pomembne so za vsako plat družbe: ne bi imeli tehnologije in nobene ugodnosti sodobnega življenja, če ne bi bilo mineralnega kraljestva. To je enostavno pozabiti, saj smo izolirani od rudarjenja, predelave in kemične obdelave teh izdelkov. Toda naš sodobni svet omogočajo minerali. Mislim, da je gledanje mineralov v tem bogatejšem kontekstu sorazmerno razvijajoče se geosfere in biosfere le plasti, ki imajo veliko večjo pomembnost in zanimanje za to temo.
Za dokumentarni film NOVA ste snemali po vsem svetu. Kateri je bil vaš najljubši kraj za obisk?
Zagotovo obožujem Maroko in tam sem bil že pol desetine. Toda odhod v Zahodno Avstralijo - bil je privilegij biti v tej izjemno oddaljeni, neverjetno lepi, čeprav redki, pusto in nevarni deželi Pilbara. 3, 5 milijarde let stare skale tvorijo majhen otok starodavne Zemlje, ki je v bistvu neobremenjen. Kamnine nikoli niso doživele takšnih sprememb in erozije, kakršne poznajo praktično vse mlajše kamnine.
To je samo presenetljivo mesto. To je kot romanje za geologa. Če bi to videli in bili sposobni to deliti z nekaterimi svetovnimi strokovnjaki, je nekaj, kar bi geolog lahko veliko doživel. Izgledala sem najprej in sveža skozi lastne oči, potem pa sem se naučila od njih in to lahko videla tudi skozi oči drugih, ki so bolj izkušeni. To je bila resnično preobrazba.
Dokumentarni film Življenjski začetek življenja bo predvajan v sredo, 13. januarja, ob 21. uri popoldne na PBS.
Več o tej raziskavi in še več na Observatoriju Deep Carbon.
