生物が砂漠、山、森、海などさまざまな環境に適応していることから、地球の地質が生命に与える影響は容易に理解できます。しかし、生命が地質に与える影響は見逃されがちです。
私たちの惑星の鉱物の包括的な新しい調査により、その省略が修正されました。その調査結果の中には、すべての鉱物の多様性の約半分が、生物とその副産物の直接的または間接的な結果であるという証拠があります。これは、地球の複雑な地質学的歴史をつなぎ合わせる科学者や、この世界を超えた生命の証拠を探している科学者に貴重な洞察を提供する可能性のある発見です。
本日 American Mineraologist に掲載された 2 編の論文で 、研究者のロバート・ヘイゼン、ショーナ・モリソン、および彼らの共同研究者は、鉱物を分類するための新しい分類システムを概説しています。そうすることで、彼らのシステムは、地球の地質学的発展と生命の進化が互いにどのように影響するかを認識しています。
彼らの新しい分類法は、何千もの科学論文のアルゴリズム分析に基づいており、10,500 を超えるさまざまな種類の鉱物を認識しています。これは、鉱物の結晶構造と化学構造に厳密に焦点を当てた国際鉱物学会の古典的分類における約 5,800 の鉱物「種」のほぼ 2 倍です。
「これは 200 年以上にわたって使用されてきた分類システムであり、私が育ち、学び、研究し、取り入れてきたものです」と、ワシントン D.C. のカーネギー科学研究所の鉱物学者であるヘイゼンは言いました。鉱物構造だけでは、長い間、途方もない欠点のように思われてきました.
2008 年に、彼は既知の鉱物のすべての種に関する文献を掘り下げ、それらがどのように形成されたかについてのデータを探し始めました。 2013 年にカーネギー研究所でヘイズンと協力し始めたモリソン氏は、このプロジェクトは「取り組むべき怪物でした」と述べています。
たとえば、黄鉄鉱の結晶 (一般に愚か者の金として知られています) を考えてみましょう。 「パイライトは 21 の根本的に異なる方法で形成されます」と Hazen 氏は言います。塩化物に富む鉄鉱床が数百万年にわたって地下深くで加熱されると、黄鉄鉱の結晶が形成されます。他のものは、海底の有機物を分解するバクテリアの副産物として、冷たい海の堆積物に形成されます.さらに、火山活動、地下水の浸透、または炭鉱に関連するものもあります。
「これらの種類の黄鉄鉱のそれぞれは、私たちの惑星、その起源、生命、そしてそれが時間とともにどのように変化したかについて、異なることを私たちに伝えています.
そのため、新しい論文では鉱物を「種類」で分類しています。これは、Hazen と Morrison が定義する用語で、鉱物種とその起源のメカニズムを組み合わせたものです (火山の黄鉄鉱と微生物の黄鉄鉱を考えてみてください)。機械学習分析を使用して、何千もの科学論文からデータを精査し、10,556 種類の異なる鉱物を特定しました。
Morrison と Hazen はまた、既知のすべての鉱物を個別にまたは組み合わせて作成した 57 のプロセスを特定しました。これらのプロセスには、さまざまな種類の風化、化学的沈殿、マントル内部の変成作用、落雷、放射線、酸化、地球の形成中の大規模な影響、さらには惑星が形成される前の星間空間での凝縮が含まれていました。彼らは、地球上の鉱物の多様性における最大の要因は水であることを確認しました.水は、さまざまな化学的および物理的プロセスを通じて、鉱物の 80% 以上を生成するのに役立ちます.
しかし、彼らはまた、生命が重要な役割を果たしていることも発見しました。すべての鉱物の種類の 3 分の 1 は、生物の一部または副産物としてのみ形成されます。糞便、木材、微生物マット、その他の有機物は、地質学的な時間の経過とともに周囲から要素を吸収し、岩のようなものに変化します.何千もの鉱物は、工業用石炭火で形成されるゲルマニウム化合物など、他の方法での生命活動によって形成されます。光合成で生成される酸素など、生命の副産物との相互作用によって作成された物質を含め、生命の指紋はすべてのミネラルの約半分にあります。
歴史的に、科学者たちは「地球化学と生化学の間に人為的に線引きをしてきた」と、オハイオ州アクロン大学のバイオミネラリゼーションの専門家である Nita Sahai は述べた。実際には、動物、植物、鉱物の境界はもっと流動的です。たとえば、人体は重量の約 2% のミネラルであり、そのほとんどは歯と骨を補強するリン酸カルシウムの足場に閉じ込められています。
鉱物学が生物学とどれほど深く織り交ぜられているかは、地球科学者にとって大きな驚きではないかもしれないが、モリソンとヘイゼンの新しい分類法は「それをうまく体系化し、より広いコミュニティにとってよりアクセスしやすくした」とサハイは述べた。
新しい鉱物分類法は、一部の科学者に歓迎されるでしょう。 (「古いものはひどいものでした」と、アパラチア州立大学の鉱物学研究者であるサラ・カーマイケルは言いました。)ユタ大学の科学哲学者であるカルロス・グレイ・サンタナのような他の人々は、たとえそうでなくても、IMAシステムを支持しています。 t 鉱物進化の性質を考慮に入れます。 「それは問題ではありません」と彼は言いました。なぜなら、IMA分類法は化学、鉱業、工学などの応用目的のために開発されたものであり、それらの分野で今でもうまく機能しているからです。 「私たちの実際のニーズを満たすのに適しています。」
しかし、宇宙探査などの活動により、科学者のニーズも変化しています。 Hazen と Morrison の発見が示唆することの 1 つは、水のある生きている惑星は、おそらく太陽系の他の岩石よりもはるかに豊富な鉱物の多様性を持っているということです。 「火星では形成できなかった多くの鉱物があります」とヘイゼンは言いました。 「ペンギンが粘土鉱物にうんちをしているわけでも、コウモリが洞窟にいるわけでもなく、サボテンが腐敗しているわけでもありません。」
それでも、Hazen と Morrison は、自分たちの分類法がいつの日か、他の惑星や月の地質学的歴史を解読し、そこに過去または現在の生命のヒントを探すために使用されることを望んでいます。たとえば、火星の結晶を調べる場合、研究者は新しい鉱物学的フレームワークを使用して、粒子サイズや構造欠陥などの特徴を調べて、死にかけている海や隕石の衝突ではなく、古代の微生物によって生成された可能性があるかどうかを判断できます.
Hazen は、この新しい分類法が、遠く離れた恒星の周りの惑星で生命を検出するのにも役立つ可能性があると考えています。ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡やその他の高度な機器によって検出された太陽系外惑星からの光を分析して、大気の化学組成を決定することができます。測定可能な酸素含有量、水蒸気の有無、相対的な炭素濃度、およびその他のデータに基づいて、研究者は何光年も離れた場所からどのような種類の鉱物が形成される可能性があるかを予測することができます.
カリフォルニア大学リバーサイド校の宇宙生物学チームの一員である生物地球化学者のティモシー・ライオンズは、結果を確認するために「それらの惑星に行って鉱物を収集するつもりはない」ため、方法論を押し出しすぎている可能性があると考えています。それでも彼は、Hazen と Morrison の分類法が、月と火星で発見された地球外鉱物の研究にとって潜在的に重要な洞察の源であると考えています。
「非常にズームアウトした大規模な方法で、私たちは地球だけでなく、太陽系全体、そして潜在的には太陽系を超えて理解しています」とモリソンは言いました。 「それは本当に信じられないことです。」
