진화가 예측 가능합니까, 아니면 임의의 사건에 의해 크게 형성 되었습니까? 생물 학자들은이 질문에 대해 수십 년 동안 주장했다. 어떤 사람들은 우리가 지구의 삶의 역사를 재생하면 그 결과 종은 다를 것이라고 제안했습니다. 반대자들은 생명이 크게 결정적이라고 반박한다.
최근에 연구원들은 암석에 대해 같은 질문을하기 시작했습니다. 지구상에서 약 5,000 개의 미네랄 (석영, 지르콘 및 다이아몬드와 같은 결정질 물질)이 발견되었습니다. 그러나 지구가 형성되었을 때 미네랄은 한 번에 모두 나타나지 않았습니다. 그것들은 시간이 지남에 따라 구체화되었으며, 각각의 결정은 그것이 형성된 특정 시대의 조건에 반응하여 발생했다. 광물은 생명에 대한 반응으로 어떤 경우에는 진화했습니다. 그래서 지질 학자들은 다음과 같이 묻습니다. 오늘날의 미네랄은 지구의 화학 화장의 예측 가능한 결과입니까? 아니면 기회 이벤트의 결과입니까? 만약 우리가 우주를보고 다른 지구 같은 행성을 발견한다면 어떨까요?
워싱턴의 지구 물리학 연구소의 카네기 기관의 미네랄 물리학자인 로버트 하젠 (Robert Hazen)과 그의 동료들은 올해 지질학이 운명의 문제인지 여부에 대한 광범위한 통찰력을 드러내는 일련의 4 가지 논문을 출판하고 있습니다. 지구상의 미네랄은 실제로 다른 세계에도 적용될 수있는 결정 론적 규칙에 의해 안내되었을 수 있습니다. 그러나 우리 지구는 극도로 드문 미네랄로 가득 차 있습니다. 이는 기회 발생도 중요한 역할을한다는 것을 시사합니다.
또한, 우리가 우주의 다른 곳에서 지구와 같은 쌍둥이를 발견했다면, 많은 일반적인 광물이 동일 할 것입니다. 그러나 그 행성은 아마도 여기에 존재하는 것과는 달리 많은 미네랄을 가지고있을 것입니다.
.그 결과는 호기심의 문제가 아닙니다. 일부 미네랄은 초기 유기체가 등장하는 데 도움이되었을 수 있습니다. 지구와 같은 행성에 어떤 미네랄이 형성 될 수 있었는지 이해하면 과학자들은 어떤 세계가 생명을 보유하고있는 가장 유효한지를 더 잘 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다. 반대로, 일부 미네랄은 유기체가있는 경우에만 발생합니다. 따라서 지구의 미네랄 분포에서 패턴을 찾는 것은 과학자들이 생명의 미네랄 시그니처를 식별하는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 다른 행성에서 검색 할 수 있습니다.
시간과 기회
전통적으로 광물학은 개별 광물의 구조와 형성을 분석함으로써 지배적입니다. 그러나 2008 년 미국 미네랄 로그 전문가 Hazen과 그의 동료들은보다 역사적으로 견해를 얻었습니다. 연구원들은 지구의 알려진 미네랄을 평가하고 조건이 자신의 형성에 적합한시기를 알아 내려고 노력했다. 이 팀은 지구의 미네랄의 약 3 분의 2가 생명이 존재할 때까지 나타나지 않았을 것이라고 결론 지었다.
예를 들어, 초기 미생물은 산소로 대기를 시드하여 기존 미네랄과 상호 작용하여 새로운 미네랄을 생성했습니다. Hazen은 소위 그레이트 산소화 사건이“거대한 게임 체인저였습니다.”라고 말했다. "당신은 문자 그대로 수천 개의 새로운 미네랄을 열었습니다."
그런 다음 Hazen과 Collaborators는 Mineral Formation에서 기회가 한 역할을 조사하기 시작했습니다. 먼저, 연구원들은 지구의 지각에서 미네랄 다양성과 개별 요소의 풍부함 사이의 관계를 연구했습니다. 그들은 요소가 더 풍부할수록 더 많은 미네랄이 형성되었으며, 지난 달 캐나다 광물 학자 에 출판 된 관계입니다. . 그런 다음 달의 미네랄과 같은 운동을 수행했습니다. 알려진 미네랄의 수가 훨씬 작지만 비슷한 관계가 유지되었습니다. 이 공통 경향은 결정론의 요소를 제안했다.
그러나 팀은 특이 치를 찾았습니다. 예를 들어, Rubidium 요소는 풍부함을 고려할 때 예상보다 적은 미네랄을 형성합니다. 그러나 Hazen의 팀은 불일치에 대한 화학적 이유가 있다고 생각합니다. Rubidium은 종종 미네랄의 칼륨을 대체하여 기존의 칼륨이 지배하는 미네랄에서 "사용"됩니다. 한편, 구리와 같은 일부 요소는 여러 가지 방식으로 다른 원자와 결합 할 수있는 여러 화학 상태가 있기 때문에 예상보다 더 많은 미네랄을 형성합니다. 메인 대학교의 석유 학자 인 공동 저자 인 Ed Grew는 이러한 결과가 여전히 결정론에 대한 아이디어를 뒷받침한다고 말했다.“우리는 그들이 규칙을 준수하지 않는 이유를 설명 할 수 있기 때문이다.
University Park의 Penn State의 광물 학자 인 Peter Heaney는 지구 광물의 상관 관계가 상당히 약하다고 지적합니다. 그러나 그는 이상치에게 주어진 이유가 의미가 있다고 말했다. “내가 정말로 중요한 것은 [Hazen 's]이 질문을하고 미네랄 다각화에 대해 아무도 실제로하지 않았던 방식으로 생각하게한다는 것입니다.”라고 연구에 참여하지 않은 Heaney는 말했습니다.
Hazen의 팀은 또한 기회의 역할에 대한 증거를 찾았습니다. 연구원들은 크라우드 소스 데이터베이스를 사용하여 전 세계 특정 위치에서 650,000 개 이상의 미네랄 관찰을 검색했습니다. 모든 미네랄의 22 %가 한 곳에서만보고되었으며 12 %는 두 곳에서만 발견되었습니다. 많은“Onesies와 Twosies”의 존재는 캘리포니아 Moffett Field에있는 NASA Ames Research Center의 우주 생물학자인 Chris McKay가 무작위성이 역할을한다고 제안했다. "이것이 기회의 특징입니다." 이 희귀 한 미네랄은 요소를 함께 집중시키는 특이한 암석 조립과 같은 우연한 상황에서만 나타날 수 있습니다. "당신이 재료를 완전히 엉망으로 만들어 요리하고 그것을 요리하고, 상을 수상한 요리 요리로 나왔을 때와 같을 것"이라고 Grew는 말했습니다.
.그렇다면 지구의 역사를 재생하면 어떻게 될까요? 연구자들은 자연 발생 요소를 고유 한 광물로 결합하는 약 15,300 개의 그럴듯한 방법이 있다고 연구원들은 추정합니다. 그들은 지구의 재실행에서 지구상의 약 5,000 개의 미네랄의 최소 1/4이 다르게 나올 것이라고 말합니다.
또한 다른 행성이 지구와 정확히 같은 미네랄 세트를 가질 가능성은 10 분의 1 미만일 가능성이 있습니다. 연구원들은 다음 달 Earth &Planetary Science Letters 에 출판 될 논문에보고합니다. . 다시 말해, 우리 지구의 정확한 미네랄 구성은 우주의 다른 곳에서는 발견되지 않을 것입니다.
Life 's Rocky Start
인생은 또 다른 와일드 카드를 추가합니다. Hazen과 다른 과학자들의 초기 연구에 따르면 미네랄과 생명은 진화했을 가능성이 있음을 보여주었습니다. 미네랄은 예를 들어 생체 분자를 생성하는 반응을 촉진함으로써 생명을 가질 수 있습니다. 그리고 생명은 분명히 미네랄이 형성되는 방식에 영향을 미치는 방식으로 생물권을 바꿨습니다. Hazen은“생명의 기원은 미네랄에 달려 있지만 미네랄의 기원은 삶에 달려 있습니다.
이러한 관계로 인해 먼 행성에서 특정 미네랄의 존재 또는 부재는 행성이 수명을 감지 할 가능성에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 천문학 자들은 일부 별이 태양과 다른 요소의 요소가 다르다는 것을 알고 있습니다. 스타의 화학 메이크업은 모든 궤도 행성의 풍부한 요소에 영향을 미치며, 따라서 미네랄이 형성 될 수 있습니다. 그 미네랄은 차례로 지질 학적 과정에 영향을 줄 수 있습니다. 과학자들이 다양한 미네랄의 가능성을 모델로 고려할 수 있다면, 가장 유망한 행성을보다 정확하게 선택할 수 있습니다. Tempe의 Arizona State University의 이론적 천체 물리학자인 Patrick Young은“통계 게임입니다.
그러나 생명에 필요한 미네랄은 여전히 어둡습니다. 볼티모어 카운티 메릴랜드 대학교의 진화 생물 학자 인 Stephen Freeland는 인자 요소 인의 예를 지적합니다. 그다지 풍부하지는 않지만 지구상의 삶에 중요합니다. 미네랄이 요소를 모아 집중 시켜서 생명이 그것을 통합 할 수있게 했습니까? 프리 랜드는“미네랄은 어떤 의미에서 혼돈에서 질서를 끌어내는 방법이다. 그러나 그는 다음과 같이 덧붙입니다.“이 모든 것이 미지의 바다에서 수영하고 있습니다.”
.생명이 일반적인 미네랄만이 형성해야한다면, 그 미네랄은 다른 지구 같은 행성에서 구할 수있을 것입니다. 그러나 생명이 희귀 미네랄에 의존한다면, 그 출현 가능성은 더 거칠다. McKay는 행성 간의 광물적 차이는“학문적 관심 만 있거나 심오한 광물학에 차이가 있음을 의미 할 수있다”고 말했다.
Hazen의 팀은 이제 지구와 같은 행성을 특성화하는 미네랄을 결정하기 위해 노력하고 있습니다. Hazen은 많은 희귀 미네랄의 존재가 생명이 나타 났음을 나타낼 수 있다고 생각합니다. 예를 들어, 다른 유형의 미생물과 토양과의 상호 작용은 새로운 미네랄이 형성 될 수있는 많은 특수한 "미세 환경"을 만듭니다. 그리고 미네랄은 셀룰러 이물질보다 더 오래 지속되는 각인을 남길 수 있습니다.
Hazen의 팀은 또한 지구의 미네랄에 대해 예측했습니다. 연구원들은 광물의 분포 (몇 가지 일반적인 것들과 희귀 한 미네랄)의 분포는 텍스트에서 단어의 분포와 비슷하다는 것을 발견했습니다. a 와 같은 몇 단어 및 자주 나타나지 만 많은 단어가 산발적으로 나타납니다. 따라서 팀은 언어 학자들이 사용하는 모델을 사용하여 광물에 대한 데이터를 분석하고 지구상에 발견되지 않은 미네랄이 얼마나 많이 존재할 수 있는지 추정 할 수 있습니다. 최소 6,394 개의 광물이 존재하며, 이는 현재 검색 기술로 약 1,500 개의 새로운 광물을 찾을 수 있음을 의미합니다. 연구원들은 6 월에 수학 지구 과학 에 발표 된 논문에서 추정합니다. .
이“누락 된 미네랄”중 다수는 색상이 둔하거나 불안정하기 때문에 통지를 피할 수 있습니다. 팀은 10 월에 미국 미네랄 로그가 출판 될 예정인 논문의 메모를합니다. . 그러나 Hazen은 일부를 사냥하기를 희망합니다. 예를 들어, 나트륨 미네랄은 흰색 또는 회색 인 경향이 있으며 탄자니아의 나트론 호수에서 발견 될 수 있으며, 여기에는 흰색 미네랄이 엄청나게 포함되어 있습니다.
누락 된 미네랄을 찾는 것은 아마도 삶의 결과에 대한 우리의 이해에 추가되지 않을 것입니다. Hazen은“우리가 생명의 기원을위한 흡연 건인 미네랄을 찾을 것 같지 않습니다. 그러나이 작업은 과학자들이 발견을 우연히 남기지 않고 새로운 미네랄이 존재할 수있는 것에 대해 확고한 예측을하는 데 도움이 될 수 있습니다.
