En una fiesta de Navidad hace diez años, una idea se estaba gestando en la mente de Robert Hazen. Hazen era un autoproclamado físico mineral de "núcleo duro" en ese momento y, como la mayoría de los científicos (y jugadores de 20 preguntas), consideraba que el mineral era una bestia totalmente separada del animal y el vegetal. Pero eso pronto iba a cambiar.
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Durante la fiesta, el biólogo teórico Harold Morowitz le preguntó a Hazen si existían minerales arcillosos durante el Hadean, el período geológico entre 4, 6 y 4 mil millones de años, cuando se estaba formando la Tierra. Aunque es una pregunta básica, Hazen se sorprendió. Morowitz esencialmente preguntaba si la mineralogía que existía cuando la Tierra era nueva, y posiblemente cuando se originó la vida, era diferente de lo que vemos hoy.
"Ningún mineralogista en la historia había hecho una pregunta como esa", dice Hazen. Si bien un proceso de formación de minerales debería ser el mismo ya sea que ocurriera hace miles de millones de años o el martes pasado, Hazen se dio cuenta de que no había razón para suponer que los minerales no podían evolucionar, al igual que la vida cambia con el tiempo. Desde entonces, él y sus colegas han demostrado que la vida no surgió aisladamente, los minerales probablemente la ayudaron en el camino. Y a medida que la vida evolucionó, creó una miríada de nichos químicos que permitieron la formación de nuevos minerales.
"Vemos esta co-evolución entrelazada de la geosfera y la biosfera", dice Hazen. "La vida engendra roca, las rocas engendran vida". Su equipo y otros expertos en el campo presentan esta idea en una nueva función de NOVA Life's Rocky Start . Me senté con Hazen para hablar un poco sobre la película y el increíble mundo de los minerales (lo siguiente ha sido editado por mucho tiempo):
¿Cuéntame un poco sobre la película Life's Rocky Start ?
Life's Rocky Start es la historia de los 4.500 millones de años de historia de la Tierra, contada a través de los ojos de un mineralogista que ha sufrido una especie de transformación. Comencé como mineralogista, pensando, como la mayoría de los mineralogistas, que los minerales son hermosos objetos físicos: son variados, son diversos. Pero no se puede contar la historia de los minerales sin contar también la historia de la vida. Hoy sabemos de 5, 000 o más especies minerales, cada una de ellas con una composición química y estructura cristalina distintivas. Y de esos 5, 000, más de dos tercios son el resultado de los cambios que la vida ha hecho en la Tierra.
Entonces, ¿cuál fue el primer mineral en el universo?
Cuando comenzamos a pensar en minerales a través del tiempo profundo, sorprendentemente, nadie había hecho esa pregunta. ¿No es asombroso? En cualquier campo, los orígenes son importantes: primera vida, primeros planetas, primeras estrellas. Pero los mineralogistas nunca habían preguntado, ¿cuál fue el primer mineral?
Justo después del Big Bang, las cosas están demasiado calientes, e incluso después de que las cosas se condensaron un poco, solo el hidrógeno y el gas helio constituyeron la mayor parte del universo. No forman minerales porque son gases, y los minerales tienen que ser cristales. Lo siguiente que hicieron el hidrógeno y el helio fue condensarse en grandes estrellas. Las estrellas son motores de lo que se llama nucleosíntesis, o de hacer todos los elementos químicos de la tabla periódica. Los minerales se forman a partir de esos otros elementos.
¿Cuándo después de esa primera estrella podrías tener el primer cristal? Resulta que la respuesta está en las envolturas gaseosas de estrellas muy enérgicas o supernovas en explosión. A medida que esas envolturas gaseosas se expanden y enfrían, tiene concentraciones de elementos que son lo suficientemente altas y temperaturas lo suficientemente bajas como para que se puedan formar los primeros cristales. Creemos que ese primer cristal fue una especie microscópica de diamante, porque las estrellas son ricas en carbono y porque el diamante se forma a la temperatura más alta de cualquier cristal conocido.
¿Qué pasa con los primeros minerales en la Tierra?
A medida que los gases alrededor de las primeras estrellas se enfrían, puede haber una docena de cristales diferentes que se formaron de los elementos más comunes: silicio, oxígeno, magnesio, nitrógeno. Estas fueron las primeras especies de cristales minerales que ensuciaron el cosmos y formaron el polvo de esas grandes nubes que finalmente formaron nuevos sistemas solares. La tierra se formó a partir de una de esas nubes.
Los primeros planetas pueden haber tenido 400 o 500 minerales. Luego, a medida que los planetas como la Tierra evolucionaron durante mil millones de años, es posible que hayamos obtenido hasta 1, 500 minerales, todos formados por procesos químicos y físicos puros. Más allá de eso, no hay otro proceso físico o químico concebible que conozcamos para que un planeta similar a la Tierra produzca más minerales, hasta que tenga vida.
¿Cómo influyeron los minerales en la vida temprana?
Las superficies minerales protegen, organizan y moldean. Toman esas moléculas y las seleccionan y concentran ... ayudan a esas moléculas a reaccionar para formar estructuras cada vez más largas como las membranas celulares y los polímeros. Sabemos que las moléculas simplemente no pueden organizarse de esa manera en el océano o la atmósfera: son demasiado diluidas, son demasiado aleatorias. Fueron las superficies, como los minerales, las que proporcionaron la energía y el mecanismo de concentración necesarios para unir las moléculas en los pasos clave para el origen de la vida.
La pregunta más importante es: ¿cómo se pasa de las moléculas organizadas en una superficie mineral a un conjunto de moléculas que hace copias de sí mismo? Ciertamente sabemos que esa es la característica fundamental de la vida, la autorreplicación, y sabemos que algún sistema temprano de moléculas debe haber descubierto ese truco. Tal vez los minerales guiaron ese proceso o tal vez fueron simplemente un lugar conveniente para que las moléculas se reunieran y organizaran, y solo por un simple evento fortuito, el conjunto correcto de moléculas se unió y formó este sistema autorreplicante.
Calcita (Cumbria, Inglaterra), de las colecciones del Museo Mineralógico y Geológico de la Universidad de Harvard. (Rob Tinworth) 
Un trilobite, de las colecciones del Museo de Zoolología Comparada de la Universidad de Harvard. Aunque estrechamente relacionados con los cangrejos herradura modernos, los trilobites se extinguieron hace 251 millones de años. (Rob Tinworth) 
Goethita (California), de las colecciones del Museo Mineralógico y Geológico de la Universidad de Harvard. (Rob Tinworth) 
Flourite (Cumbria, Inglaterra), de las colecciones del Museo Mineralógico y Geológico de la Universidad de Harvard. (Rob Tinworth) 
Azurita (Arizona), de las colecciones del Museo Mineralógico y Geológico de la Universidad de Harvard. (Rob Tinworth) 
Rodocrosita (Perú), de las colecciones del Museo Mineralógico y Geológico de la Universidad de Harvard. (Rob Tinworth) 
Malaquita (Arizona), de las colecciones del Museo Mineralógico y Geológico de la Universidad de Harvard. (Rob Tinworth) 
Labradorita (Madagascar), de las colecciones del Museo Mineralógico y Geológico de la Universidad de Harvard. (Rob Tinworth) 
Variscita (Utah), de las colecciones del Museo Mineralógico y Geológico de la Universidad de Harvard. (Rob Tinworth) 
Robert Hazen estudia finas rodajas de roca bajo un microscopio en su laboratorio en el Carnegie Institution. (Doug Hamilton) 
Un diente de un antiguo mega tiburón encontrado cerca de la bahía de Chesapeake, Maryland. (Doug Hamilton) 
Los estromatolitos, estructuras sedimentarias hechas por esteras de microbios vivos, se asoman a través de la superficie del agua en Shark Bay, Australia. Los estromatolitos fósiles representan algunas de las pruebas de vida más antiguas que se conocen en la Tierra. (Doug Hamilton) 
Martin Van Kranendonk y David Flannery inspeccionan una estromatolita fósil de 2.700 millones de años. (Doug Hamilton) ¿Los minerales siguen evolucionando hoy?
Sí, por supuesto que lo son. Estamos entrando en un período de evolución muy rápida debido a las actividades humanas: el Antropoceno. Los humanos están alterando el entorno cercano a la superficie, y cuando lo haces, creas nuevos nichos químicos donde se pueden formar minerales. Estamos cambiando el ciclo geoquímico de prácticamente todos los elementos. Extraemos cosas, construimos cosas, cambiamos cosas y construimos plantas químicas. Una de las consecuencias de hacer esto es que surgen nuevos minerales.
Hay minerales que solo ocurren en vertederos de minas o drenajes ácidos de minas. Hay nuevos minerales que solo ocurren en las vigas de los soportes de la mina. Los rellenos sanitarios ahora tienen productos de intemperie de viejas pantallas de computadora y iPhones, que están formando nuevos minerales de elementos de tierras raras que recién se están descubriendo.
¿Por qué las personas deberían preocuparse por los minerales?
Los minerales son asombrosamente maravillosos. La película muestra que los minerales tienen esta belleza estética: una pura magia. Son importantes para todas las facetas de la sociedad: no tendríamos tecnología ni ninguna de las comodidades de la vida moderna si no fuera por el reino mineral. Es fácil olvidar eso, porque estamos aislados de la minería, el procesamiento y el tratamiento químico de estos productos. Pero nuestro mundo moderno es uno facilitado por minerales. Creo que ver minerales en este contexto más rico de una geosfera y biosfera co-evolucionando solo pone mucha más importancia e interés en el tema.
Para el documental NOVA, filmaste en todo el mundo. ¿Cuál fue tu lugar favorito para visitar?
Ciertamente amo Marruecos y he estado allí media docena de veces. Pero ir al oeste de Australia fue un privilegio estar en esta tierra increíblemente remota, increíblemente hermosa, aunque escasa, desolada y peligrosa de Pilbara. Las rocas de 3.500 millones de años forman una pequeña isla de la antigua Tierra que está esencialmente deformada. Las rocas nunca experimentaron el tipo de alteración y erosión que se conoce para prácticamente todas las rocas más jóvenes.
Es solo un lugar asombroso. Es como una peregrinación para un geólogo. Ver eso y poder compartirlo con algunos de los expertos del mundo es algo que cualquier geólogo daría mucho por experimentar. Vi el afloramiento primero y fresco a través de mis propios ojos, pero luego aprendí de ellos y pude verlo a través de los ojos de otros que tienen más experiencia. Esa fue una experiencia verdaderamente transformadora.
El documental Life's Rocky Start se emitirá el miércoles 13 de enero a las 9 pm ET en PBS.
Aprenda sobre esta investigación y más en el Deep Carbon Observatory.
