나는 창조 둘째 날에 도착했다. Laurie Barge는 실험실에서 하루를 보내고 삶의 기원을 모델링하도록 초대했습니다. 그녀는 패서 디나에있는 NASA의 Jet Propulsion Laboratory의 연구 과학자이며 동료와 함께 개척 지질 학자 Michael J. Russell과 함께 NASA Astrobiology Institute의 회원입니다. 이 과제는 40 억 년 전에 원시 바다를 시뮬레이션 한 조건에서 소형 열수 통풍구를 만드는 것이 었습니다. 그러한 통풍구는 과학적 창조 이야기의 중심에 있기 때문에 반 직관적이지 않아서 사실이 될 수는 없지만 논리적이어서 넓은 뇌졸중에서는 거의 있어야합니다.
첫날, Barge와 그녀의 학생들은 바다를 만들었습니다. 그들은 초기 지구에 존재하지 않았던 산소 가스를 대체하기 위해 증류수와 거품 질소로 시작했습니다. 우리는 Fume Hood 내부의 실험실 비커에 강철 스탠드에 두 개의 초기 지구를 중단했습니다. 바다에, 우리는 염화철을 첨가하여 물을 평평한 맥주의 색으로 돌렸다. 나는 각 용기의 바닥에 피펫 팁을 삽입하고 황화 나트륨에 펌핑하여 지구 크러스트의 파손을 통해 뜨거운 액체 상승을 시뮬레이션했습니다. 염화 나트륨은 염화물을 재조합하여 바닷물을 만들고, 황은 철과 짝을 이루어 황화철을 형성하여 용액에서 침전되어 중공 굴뚝으로 accreted 하였다. 40 억 년 전에 하데스 eon 후반에 열수 통풍구에서 비슷한 굴뚝이 형성되었으며, 심연 바다에서 바지선 실험실에 이르기까지 여전히 형성됩니다.
열수 통풍구에서 생명이 시작되었다는 생각은“원시 수프”의 더 오래되고 친숙한 과학적 창조 이야기에 도전합니다. 1871 년 조셉 후커에게 보내는 편지에서 찰스 다윈은“모든 종류의 암모니아와 인 염, 빛, 열, 전기 등이있는 따뜻한 작은 연못에서 생명이 시작되었다고 주장했다. 1920 년대 러시아 과학자 Aleksandr Oparin과 영국 Polymath J.B.S. Haldane은 고대 바다에서 일관성을 가진 이런 식으로 생명이 어떻게 일어 났는지에 대한 모델을 독립적으로 살펴 보았다고 Haldane은“뜨겁고 희석 된 수프”에 대해 말했다. 이름이 붙어 있습니다.
1953 년 노벨상 수상자 화학자 인 Harold Urey의 대학원생 인 Stanley Miller는 실험실에서 수프를 만드는 데 성공했습니다. 그는 추정 된 원시 바다와 대기로 플라스크를 설치하고 인공 번개로 시스템을 촉발 시켰으며 생산 된 화합물을 수집했습니다. 그는 여러 아미노산을 포함하여 많은 감탄을 발견했습니다. Miller-Urey Chemistry는 생명의 기원 연구에서 속기가되었으며 Miller의 수많은 학생들은 스스로 가서 곱해졌습니다. 오늘날의 원산지 연구에서“수프”는 밀러-유대 화학을 통해 바다 표면이나 근처에서 생명이 시작되는 모델을 포함하며, Lightning 또는 다른 에너지 공급원은 다윈의 진화가 인수 될 때까지 끊임없이 끊임없이 복잡한 상태로 분자를 반복적으로 충주합니다.
.수프는 직관적 인 매력을 가지고 있습니다. 그것으로부터 당신은 생명의 빌딩 블록을 도출 할 수 있습니다. 그러나 그것은 또한 치명적인 결함이 있습니다. 그것이 무엇을 생산하든 죽었습니다. 번개 볼트는 생화학 적 반응을 일으킬 수 있지만 에너지는 빠르게 사라지고 시스템은 평형으로 돌아갑니다. 원시 수프는 열역학적으로 오르막에서 순서를 높이기 위해 진화를 요구합니다. 그것은 자동차가 오르막길로 보이는 인터넷에 많이 기록 된 "중력 언덕"중 하나와 같습니다. 열, 암석 및 해수, 아미노산 및 뉴클레오티드에서 시작하여 자체 조립. 그들은 효소 및 단백질과 같은 훨씬 더 많은 순서의 분자로 조직되었습니다. 그들로부터 진화는 첫 번째 세포와 결국 레드 우드와 장미, 꿀벌과 사과 나무, 하이에나와 인간을 만들었습니다.
그러나 중력 언덕은 관점의 속임수입니다. 목수의 수준은 진실을 드러 낼 것이지만 종종“마법 같은”중력 언덕 비디오에서는 보지 못합니다. 실제로 물리 법칙은 그대로 남아 있습니다. 또한 생명의 출현으로 통풍 이론가들도 말합니다. 진화 만 더 큰 순서로 이동하기 위해; 더 큰 계획에서는 내리막 길이 끝납니다. Vent 모델은 초기 조건을 감안할 때 삶의 출현이 거의 미라클이 아니라고 주장합니다. 불가피했습니다.
1977 년 동 태평양의 Galápagos Rift에서 Oceanographers에 의해 열수 스프링이 발견되었습니다. 그런 다음 1979 년 북쪽 21도에서 동 태평양 상승의 문장에서 큰 굴뚝이 차갑고 가벼운 깊이로 그을음, 초고속 산을 뿌렸다. 시인이 아니라면 구조물은 "흑 흡연자"로 알려졌습니다. 연구원들은 흑인 흡연자 주변 지역이 생명을 불러 일으키고, 물고기부터 수많은 새로운 미생물 종에 이르기까지 기절했습니다. 1981 년, Galápagos Rift Expedition의 해양 학자 중 한 명인 Jack Corliss는 미생물 학자 John Baross와 Sarah Hoffman과 함께 잠수함 온천은“지구상의 생명 창조에 필요한 모든 조건을 제공한다고 제안했습니다.”라고 제안했습니다. 빛이나 번개가 필요하지 않았습니다. 수프가 없었습니다.
Millerites는 불을 피웠다. 통풍구는 인생을 지원하기에는 너무 뜨거웠다 고 Miller와 그의 학생 인 Jeffrey Bada는 썼다. 아미노산과 핵산은 형성되면 거의 즉시 분해됩니다. 설탕이 녹을 것입니다. 그러한 적대적인 환경에서 인생이 시작될 수 없었습니다. 그들은 "통풍구는 원시 바다에서 유기 화합물의 합성보다는 파괴에 중요했을 것입니다."
.글래스고 대학교의 고고학자 인 러셀과 그의 동료 앨런 홀 (Allan Hall)은 삐걱 거렸다. 평생 동안 너무 뜨겁고 산성이 있습니다. 그러나 그 근처에서 그들은 미지근한 알칼리성 유체를 방출하는 미네랄 튜브를 찾아야한다고 썼다. 그들은 생명의 출현에 이상적인 장소가 될 것입니다.
2000 년 12 월 4 일, 러셀이 예측 한 것처럼 우연히 그 튜브가 발견되었습니다. Scripps Institution of Oceanography의 Donna Blackman, 워싱턴 대학교의 Deborah Kelley, Duke University의 Jeffrey Karson이 이끄는 연구팀은 아테네에 의해 패배 한 후 북쪽으로 애틀랜틱으로 해간 신화적인 섬 도시의 이름을 딴 10 마일 길이의 돔 인 Atlantis Massif를 탐험하고있었습니다. 한 달 동안의 원정대가 끝날 무렵, 로봇 수중은 카메라를 위해 머그고있는 것처럼 보였던 일부 물고기를 따라 미리 조정 된 코스를 벗어났다. 갑자기 연구원들은 원격 모니터에 맑은 흰색 구조의 광대 한 시스템이 원뿔, 첨탑 및 서리가 깔린 건물의 크기를 보았습니다. 저항 할 수 없을 정도로, 그들은이 사이트를“Lost City”로 지명했습니다.
탐사에 따르면 Lost City의 탑은 약간 산성이있는 바다로 깨끗하고 따뜻한 알칼리성 유체를 방출했습니다. 여백은 냉각에서 따뜻하게 분리되어 희석 된 더 높은 pH에서 더 낮은 pH로부터 집중 하였다. 초기 지구“잃어버린 도시”는 탄산화되어 산성 해양에서 발전했을 것입니다. 철 황화물과 산화물로 만들어진 다공성 벽은 전구체를 잃어버린 도시를 약화하지만 광대 한 배터리로 만들었을 것입니다. 살아있는 세포도 알칼리성 내부를 약간 산성 외부에서 분리하는 막으로 둘러싸여 있습니다. Barge는“인생의 마지막 보편적 인 공통 조상”은“오늘날의 삶과 마찬가지로 전자 및 양성자 구배에서 기능하고있었습니다.”라고 말합니다. 동물, 식물, 곰팡이 또는 박테리아에 관계없이 모든 유기체는 따뜻한 알칼리 통풍구에서 발견되는 산화 및 환원의 화학을 요약합니다. 그 고대 로스트 도시의 약간은 모든 세포 내에 있습니다.
바지선과 나는 실험을 보았을 때, 철분 굴뚝이 정교한 구조를 형성하기 시작했다. 상승 유체는 자체 배기관을 건설했습니다. 약간의 결정이 흐름을 차단했습니다. 유체는 상승한 새로운 경로를 발견했습니다. 구조가 분기되었습니다. 결과는 놀랍게도 식물과 비슷했습니다. 전직 연금술사들은 비슷한“수족 정원”을 만들었고, Stéphane Leduc이라는 거의 잊혀진 19 세기 생물학자는 이러한 유기적 형태가 생물학적 성장의 원리를 반영한다고 믿었습니다. Leduc은“생명의 사슬은 한쪽 끝에서 미네랄에서 다른 쪽에서 가장 복잡한 유기체에 이르기까지 연속적인 것”이라고 말했다.
현대의 열수 통풍구 모델은 그 사슬이 어떻게 건축되었는지에 대한 설명을 제안합니다. 초기 잃어버린 도시의 거대한 배터리는 주로 탄소, 수소 및 산소를 벗어난 복잡한 분자를 만드는 엔진을 구동합니다. 철 황화철 및 통풍구에서 발견되는 다른 소분자는“코엔자임”역할을합니다. 이는 모든 대사의 중심에 누워있는 반응을 유발하는 촉매 나노 엔진으로 작용합니다. 요컨대, 굴뚝은 일종의 신진 대사를 가지고 있으며, 이는 수소에서 에너지를 가져다 준다. 및 다른 분자는이를 사용하여 주로 탄소, 수소 및 산소에서 더 복잡한 분자를 구축합니다. 생물학에서 가장 오래된 대사 경로는 초기 잃어버린 도시의 화학을 요약합니다.
대부분의 직관에 반대하는 것은 복잡한 구조가 더 간단한 구조보다 에너지를 더 잘 소산 할 수 있다는 것입니다. 촉매제는 에너지 언덕을 높이려면 다른 쪽에서 더 멀리 떨어질 수 있습니다. 생물학적 진화 전체에 걸쳐 우리의 시선을 캐스팅하는 각 유기체는 그러한 에너지 언덕입니다. 그것은 열역학적으로 선호되는 경우에만 형성됩니다. 오르막 에너지를 펌핑하여 더 많은 에너지가 방출됩니다. 예를 들어 도마뱀은 도마뱀의 가치보다 더 많은 에너지를 필요로합니다. coli 그러나 더 큰 속도로 더 많은 에너지를 소비합니다. 도마뱀과 박테리아를 모두 포함하는 세상은 박테리아의 세계에서 에너지 적으로 선호됩니다. 따뜻한 혈압, 잔디 뭉치 및 열, 메탄 및 비료를 방출하는 세상은 더 나은 엔트로피 엔진입니다. 호랑이가있는 사람은 여전히 낫습니다. 그것은 생태계입니다 그것은 에너지 적으로 선호됩니다. 생명을 가진 무성한 녹색 지구는 지구의 뜨거운 중심과 태양에서 더 많은 열을 끌어내어 화성보다 차갑고 어두운 공간으로 방출합니다. 우리의 생물권은 태양을위한 정교한 아이스 팩입니다.
거대한 소산 엔진이 homo sapiens 와 함께 현장에 나왔습니다. . 기술의 역사는 궁극적으로 지구와 태양에서 에너지를 추출하는 더 강력한 방법을 개발하는 것 중 하나입니다 :불, 요리, 농업, 광업, 제련, 벌목, 증기 엔진. 내리막 길이로 흐르는 물의 물방울처럼, 진화 나 문화의 정확한 경로는 전반적인 추세로만 미리 결정됩니다. 따라서 예술, 전쟁, NASCAR, 스마트 폰은 불가피했지만 모두 인간 엔트로피 엔진이 수행하는 작업으로 볼 수 있습니다. 이러한 관점에서, 우리의 소산 경향은 수차가 아니라 열역학적으로 요구됩니다.
바지선과 실험실 모델을 충분히 오랫동안 보았다면 대사 경로를 진화시킬까요? 효소? 유전자? Barge는 계단이 작지만 그 방향으로 첫 단계를 수행하고 있습니다. 굴뚝을 건설하는 대신, 그녀는 황화철 및 기타 미네랄을 다공성의 비활성 디스크에 퇴적합니다. 이 디스크는 양으로 하전 된 유체와 음으로 하전 된 유체 사이의 막 역할을 할 수 있습니다. 바지선은 전자와 양성자의 흐름 인 막 전체의 전압 및 pH 차이를 측정합니다. 이러한 전류는 생명의 기본 인 화학 반응을 유발합니다. 다음 단계는 화학 반응을 통해보다 복잡한 분자를 발전시키는 것입니다. 그녀는“미네랄을 사용한 유기농의 신흥 피드백을 테스트하기 위해 실험을 설정할 수도 있습니다.”라고 말합니다. 간단한 촉매는 제품이 더 복잡한 촉매 인 반응을 선호 할 수 있습니다.이 반응은 궁극적으로 도로를 따라 단백질과 DNA로 이어지는 피드백 루프에서 더 복잡한 촉매를 생성 할 수 있습니다.
나의 두 세계 중 하나에서, 굴뚝은 가느 다란 줄기를 개발 한 다음 팁에 무거운 전구가 부풀어 오릅니다. Barge는“아마도 파손될 것입니다. 진화의 막 다른 골목. 그러나 다른 플라스크의 굴뚝은 뚱뚱하고 평평한 바닥을 자랐으며, 물 벼룩이라면 위엄있는 것처럼 보일 수있는 일련의 봉우리로 가늘어졌습니다. 그리고 Laurie는 그것을 조사했고 그녀는 그것이 좋다고 말했습니다.
Nathaniel Comfort는 의회/NASA 도서관의 우주 생물학의 Baruch Blumberg 의장이며 Johns Hopkins University의 의학 역사 교수입니다. 그의 가장 최근 책은 입니다 인간 완벽의 과학 . 그는 @nccomfort에서 트윗합니다.
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