編輯的是貳玖歷史。
【引言】
為了能更清楚地明白礦物質從地球誕生到成為五界生物結構的一部份這個過程，借助本實驗證實了四個關於礦物形成的假設，這對我們了解礦物對地球起源以及生命的影響是有幫助的。
地球上最早形成礦物時所涉及的化學元素合成過程，
ii) 導致地球上礦物形成的那些因素，
礦物作為第一個生物分子合成的根基的重要性，以及礦物在先驅生物裏的作用，對不同界生物結構中所含礦物的機理進行了闡釋。
iv) 構建模型以模擬礦物參與第一個生物分子合成的機理。
用這種辦法，我們能更清楚地明白前寒武紀微化石的形態特點（像球體、亞球體以及半球體之類的），並且把它們當作生物形態的中空礦物生長物的一種模仿。
在地球形成那會兒，礦物那可是起著超級重要的作用，這作用可廣，涉及到水圈、巖石圈的形成，還有地球各個組成部份的形成，甚至跟生命的起源、演化以及維持都有關系。
在生命的起源過程裏，礦物承擔著集中、排列的任務，還充當起樣版和催化劑的角色，能促使第一批生物分子之間形成鍵，進而形成聚合物。
礦物質能夠保護有機復合物，讓它們不會受到紫外線放射線和水解的影響，在前寒武紀這個紫外線放射線很厲害的時期，它起到了保護生命的關鍵作用。
【一、關於寒武紀時期前地球形態的分析推斷】
寒武紀那時候，地球還有大氣的成分跟現在不一樣。除了大氣一直富含著 CO2 這個特點之外，那些天體老是來影響，所以高溫到處都有。
透過對前寒武紀沈積物（涵蓋太古代和早元古代的石灰巖與菱鐵礦，以及中晚元古代的白雲石和菱鎂礦）裏矽元素的成分展開分析研究後得知，在太古代和早元古代那會兒，地球展現出偏酸性的特點，這是由於大氣主要由 CO2、SO2、HCl 和 Cp 構成，幾乎沒有氧氣存在。
大氣裏的(129)Xe 跟(132)Xe 的比率以及鋯石碎屑，為早期陸地表面存在海洋給出了證據。
透過研究保存下來的化石和結晶礦物，我們能做出些推斷，這對確定礦物在地球上的形成方式，以及生命在前寒武紀條件下的起源，評估礦物在先驅生物體出現中的作用很關鍵。
礦物有著特殊的關聯性，為啥，因為和巖石不一樣，礦物是天然的物質，它有明確的化學成分，在自然界裏那可是完全無機的，裏面可沒有有機物質或者有機體的一部份哦，而且通常還帶有晶體結構。
巖石是由礦物或者非礦物組成的集合體，這裏面可能會有有機物的殘留物，像生物體的一部份啥的。這些巖石沒有特定的化學成分，也不像礦物那樣有著重復的原子排列。
【二、前寒武紀礦物及其化學元素的形成與演變】
前寒武紀時期的一些礦物形成，是因為當時普遍存在的大氣條件所導致的。
經過好些年的研究，大家都覺得地球上最先有的那些化學元素，是由恒星核合成（也就是大霹靂核合成）給弄出來的，這裏面有同位素形式的氫、氦，還有少量的鋰和鈹。
礦物得在元素重新組合並且釋放能量的時候才會形成，這種重新排列，就只能在具備特定化學特性的元素上面發生，這些元素會進到晶體結構裏面去。
這些化學上的差異在高溫的情形下不是很明顯，原本的地球那高溫給礦物的演化創造了很合適的條件。
在礦物的演化行程裏，能把它分成四個階段，最後就有了咱們現在了解的那些各種礦物：1）是在太陽系還沒形成之前的星雲中生成的鈾礦；2）是在球粒隕石裏被發現的礦物（屬於非金屬礦物）；3）是在冥古時期形成的礦物（冥古時期可是前寒武紀的第一個時期哦，那會兒太陽系大機率正在形成，我們覺得生命就是從這個時期開始的）；4）是在冥古時期之後形成的礦物。
這些階段裏頭的第一個階段是在超新星以及紅巨星的核裏面發生的。
最早形成的礦物，因為成分豐富且凝結溫度較高，所以被叫做「某某」，這裏面有金剛石、石墨、莫桑石、奧斯華石、鎳鐵礦、金紅石、柯林石、尖晶石、鋰鈣鈦礦、鎂橄欖石和頑火輝石。
接下來這個階段叫隕石礦物階段，大概有 60 種原生礦物組合在一起，透過同位素年代測定，確定這些礦物是在太陽系原始行星盤中形成的，像碳質或球粒隕石裏富含鈣和鋁的結殼也在其中哦。
到現在為止，在隕石裏頭已經找出了 435 多種礦物，這種礦物的多樣性形成，是因為地球歷史上經歷的好多自然過程，像恒星瓦斯周圍的凝結、太陽星雲中的凝聚、結晶、水相變化之類的。
下一個階段發生在原始地球上，也就是冥古時期形成的那些礦物。
這些礦物是由火成巖的演化形成的，這個階段在行星積累完之後就馬上開始了（隕石裏的礦物會成為地球上的首批礦物）。
地球地殼的演化過程會被撞擊事件給打亂，並且月球的形成也會帶來影響。
巖漿海洋之後有很劇烈的火山活動，這成了創造各種生命的核心礦物物質，還為能處理石灰巖、碳酸鹽、鐵以及富含蒸發物的沈積物的水圈 - 大氣系統提供了條件。
這些條件都對石英、斜長石和黑雲母的存在有好處；少量的鋯石、鈦石、磷灰石、石榴石、硫磺以及 425 種礦物在冥古-太古代時期就出現了。
最後，後冥王星階段那可是礦物演化的超級大階段（總共 5000 種礦物），為啥這麽說，因為它跟第一批生物的出現是一塊兒發生的，這都是水圈 - 大氣系統帶來的變化導致的，像向含氧大氣的那種變化環境、碳的埋藏、矽酸鹽的沈澱，還有帶狀鐵礦層 (BIF) 啥的，這些就給現有的礦物多樣化創造出了好的環境。
在最後的前進演化階段，跟礦物前進演化緊密相關的那個事兒，就是「大氧化事件」（GOE）。
在 GOE 之前，有些元素和礦物都被限定在氧化狀態，這就妨礙了新礦物有可能的組合以及形成；等到從含氧環境變成氧化環境的時候，好幾種元素就進入了好多不同的氧化狀態，這樣就使得地球上的礦物變得超級多樣化。
現在，有記載說，最早被記錄的那批礦物是在西澳洲的傑克山地層裏被發現的小鋯石哦，能追溯到冥古宙，大概是 4.4 Ga ，那裏的結殼有石英、白雲母、黑雲母、鈉長石啥的，已經被發現。
地球經歷了像火山活動、脫氣、分餾結晶之類的幾個地球化學過程，這使得陸地皮層中形成了 1500 多種不一樣的礦物物種，還形成了火成巖巖石。
因為行星內部溫度高，一開始富含矽的玄武巖皮層裏的矽酸鐵和矽酸鎂熔化後就形成了花崗巖；這種部份熔化一直持續著，而且像 Li、Be、B、Nb、Ta 和 U 這些元素的濃度，也衍生出了差不多 500 種新礦物。
形成礦物質的關鍵因素是水圈，因為在前寒武紀那段時間，大氣裏高濃度的 CO2 讓海水中也有了高濃度的 CO(2)，使得海洋的 pH 值呈酸性，至少在火山噴發釋放鈣、鈉和鐵之前是這樣的，然後 pH 值發生變化，一直到達到 8 到 9 這樣的堿性水平。
在 3.2 Ga 以前，海洋是分層的，表面那地方富含著由光解反應產生的大氣中的硫酸鹽，可底層，一直都是缺氧且硫酸鹽匱乏的狀態；從這之後，在 3.2 Ga 到 2.4 Ga 這段時間裏，硫酸鹽透過還原反應從表面消失，這就使得海洋從均勻性變成了還原條件，硫酸鹽含量變低了，鐵含量卻升高了。
在水圈演化過程中，陸地地幔上層成分的變化很重要，因為盡管海洋中生命演化所需的大部份養分是透過降雨、陸地皮層的侵蝕和不同的大陸和構造運動可能影響了這些營養物質在海洋中的分布方式。
前寒武紀沈積物（太古宙和早元古代的石灰巖和菱鐵礦，中晚元古代的白雲石和菱鎂礦）中二氧化矽元素的成分分析表明，在太古宙和早元古代，地球由於大氣主要由 CO2、SO2、HCl 和 Cp組成，並且幾乎沒有氧氣，因此呈現出一個主要為酸性的環境。
鐵地層是二氧化矽沈積巖富含鐵，在前寒武紀沈澱在海床中，並作為海洋成分的指標，因為它們源自鐵離子。
除了水圈-大氣系統之外，原始地球的另一個組成部份是巖石圈，它被定義為地球的外層、堅硬的巖石層，通常由矽酸鹽構成，延伸至大約 100 公裏的深度。
原巖石圈被覺得是在月球起源的那次撞擊之後才形成的，因為表面上現有的巖漿冷卻掉；最初的皮質主要是由富含鋁的超基性巖或者超基性巖構成的矽酸鹽，它比現在的皮層要薄一些，也更不連續。
現在，超基性巖屬於火成巖和變質火成巖，它的矽含量特別低，低到低於 45%，而且富含 FeO 和 MgO，鉀的含量也不高哦。
古地磁學主要是去搜尋和解讀巖石在形成時候的磁性，它主要研究的是火成巖（也就是熔巖）和海洋沈積物這兩類。火成巖雖然不是連續的，不過磁化的程度比較高；而那些沈積物，雖然磁強度比較低，但是能提供跟不同深度相關的強度資訊哦，這些深度是對應著不同時期的。
在非洲南部發現的科馬提巖（那種富含鎂的熔巖）中，首次出現了磁性的跡象，時間大約是 35 億年前，那裏面描繪了磁化的殘留。只要這些巖石沒超過居禮點（也就是礦物失去磁性的那個溫度），這種磁化就能維持好幾百萬年。
地球的磁場是因為發電機產生的磁偶極子才出現的，而那磁偶極子，又是地球固體鐵質中心周邊由輕元素構成的液體中心流動導致的；地層的記錄顯示，這種機制從 3.4 Ga 之前就已經有。
在最初的地球上，這個模型會引發一些狀況，地球持續不斷地冷卻，不會讓中心快速地冷卻並凝固來維持這個場。
【三、礦物質作為第一個生物分子合成基礎的意義】
前寒武紀那會兒的大氣條件，像水蒸氣、高紫外線放射線、CO2 、Cp 、p 這類瓦斯，還有電雷暴以及礦物質，這些都能讓第一個生物分子合成出來，接著從那兒又合成出了第一個生物體。
在之前的研究裏，科學家們覺得巖石以及組成它們的礦物，還有物理、化學和環境這些條件，對第一批生物的起源是有利的。
憑借地質方面的證據以及像系統發育學這類的現代工具，生命的起源能夠追溯到我們的星球開始的時候以及它的快速演化過程，生命經歷了八個巨大的軌跡，其中有四個出現在前寒武紀：
第一個是 3.0 到 3.3 Ga 乃至 3.85 Ga 之前原生命開始興起。
ii) 接下來的階段是原核單元作為地球生命的原本樣式，
iii) 第三種情況是真核單元在 1.8Ga 左右透過內共生過程而發育形成的。
iv) 那種有多個單元組成的生物出現了。
對於第一個有機體的出現，得有一個組織以及一個屏障，這樣就能把它跟它所處的環境給區分開。
其中上層結構是由一些低分子量的生物有機化合物構成的，像 CO、CO2、COS、NH、pS、N2、p 以及 HCN 這些物質，它們會結合到在原始地球所具備的沈澱、堿性 pH 值、高壓以及溫度等條件下所形成的物質中。
這個組織系統後來發展成了單元膜，就跟現在大家所知道的那樣。它提出膜是透過脂質的堆積而生長的，並且能覆蓋比亞結構更大的表面積；膜上會有洞穴，推測這是因為無機材料導致的。
這些條件加上那緩慢且復雜的前進演化過程，就使得越來越復雜的生物體得以發展。
在第一個生物現身之前，肯定有原生物或者核單元，這些是功能受限的生物實體，有著 RNA 當作資訊分子，還有一種原代謝以及一種原始膜，能讓對於劃分的事兒開始起來，除了不太精確的轉譯過程之外，最終就會造就目前所說的第一個生物體系統。
這第一個生物，也就是最後的普遍共同祖先（LUCA），它是一種具有特定特征的生物體。這種特征就是從簡單地使用 RNA ，慢慢發展到使用 DNA、RNA、核糖體、酶，還有復雜的膜系統，並且具備固定的新陳代謝哦。
地球在太古代那會兒缺氧的狀況，讓大家懷疑這些地層到底是不是真的化石，還是說只是它們所居住的環境條件導致的簡單非生物地層。
這些前寒武紀的微化石形狀超簡單（像球體、亞球體和半球體那樣），特別容易被中空的礦物生長物給模仿，這被稱作生物形態，也就是記憶生物（後面一節會討論哦），即便它們依然是生命起源研究裏的關鍵問題。
第二個證據能支撐第一個生物分子以及第一個有機體出現在有礦物質參與的益生元湯裏這一觀點，並且這一觀點包含在以下的研究當中。
在生命起源裏，最重要的礦物有黃鐵礦（FeS2）和碳酸鈣（CaCO3），它們主要存在於多晶型的方解石、文石、球霰石以及蛇紋石（Mg-Fe3-Si2O5-Op）中。
黃鐵礦在前寒武紀那會兒是最豐富的礦物當中的一個，到現在，它也是地球上挺豐富的礦物之一，它在各種不同的生境裏都有，像巖石、土壤、水生環境之類的。
CaCO3 以及黃鐵礦從先前的寒武紀開始一直延續到現在，並且在很多環境裏都有它們的身影。
咱這個實驗拿黃鐵礦、文石還有蛇紋石這三種礦物，以及它們跟組胺酸之間的交互作用，來評估礦物在生命化學起源裏的作用。
在另一項關於分析胺基酸跟層狀雙氫氧化物表面交互作用的工作裏（LDH），瞧見所有被評估的胺基酸都透過形成氫橋，被吸附到帶正電荷的 LDH 表面的 C 端氧上。
礦物質在像核糖核酸（RNA）、去氧核糖核酸（DNA）以及肽核酸（PNA）這類核酸的合成過程中所起到的作用，已經被證實了。
用 RNA、DNA 和 PNA 對鎂鋁層狀雙氫氧化物 (LDH) 礦物進行評估之後，發現這種礦物讓 DNA 變成了資訊儲存的分子，而 RNA 和 PNA 則保留了其他的功能，這就為結合生活提供了基礎。
還顯示礦物質能有別的作用；礦物表面除了利於胺基酸或核苷酸的合成與聚合之外，還能保護有機體免遭紫外線放射線和水解。
支持礦物質參與生命起源的第三個證據就是，不同王國的所有生物體在它們的結構裏都含有礦物質部份。
生物控制的生物礦化一般是在群落裏的單個單元裏頭完成的，不過礦物質的形成，是在單元外面和單元裏面都能實作的。
在單元外有晶體形成的時候，已經有人提出每個生物體的表皮有助於成核以及晶體的生長。
在單元內晶體的合成過程裏，成核是透過囊泡或者液泡來完成的。
生物體中晶體的形成那可是相當重要的，畢竟它們有著特定的功能；趨磁細菌用來在地球磁場裏定位的那種磁鐵礦晶體。
靠 CaCO3 晶體的生物有軟體動物、海綿、貝殼、珍珠，還有所有脊椎動物（像人類）的耳石以及蛋殼。
有些生物能產生晶體去抵禦周圍環境，像蘇雲金芽孢桿菌，它就拿自己的晶體當作殺蟲劑來用。
草酸鈣晶體的形成在植物中已經被廣泛地研究，這些晶體能起到保護食草動物、對重金屬進行解毒以及調節鈣水平的作用。
這種方式讓礦物質對第一個生物分子的合成有好處，是因為前寒武紀裏的礦物質被濃縮、排列、聚合起來，還能防止紫外線放射線和水解，這樣就能形成鍵，進而形成胺基酸、核酸、脂類和碳水化合物。
這二者結合在一起就構成了第一個有機體，之後演化出了生活在地球上的所有有機體。
前寒武紀的微化石那可是超級簡單的（像球體、亞球體還有半球體之類的），特別容易被誤認為是那些被稱作生物形態的中空礦物生長物給模仿了。
【四、矽碳酸鹽化合物作為礦物質參與生命起源的研究模型】
矽碳酸鹽化合物（生物形態）被稱作純無機材料的空心自組裝聚集體，它的形態跟生物體記憶體在的結構很像。
生物形態是在特定的條件裏，依靠二氧化矽（SiO?）以及堿土金屬在堿性的 pH 值環境下進行共沈澱而形成的。
這些聚集體的形成機制涵蓋了四個步驟：
在第一步裏，碳酸鹽沈澱會形成聚集體。
2) 把碳酸根離子的濃度降低，這樣就能讓碳酸氫根離子解離，從而回收 HCO(?) /CO(3)(2?)平衡；
釋放出來的質子被能溶解的矽給吸收了，使得矽酸的濃度上升了。
4）有利於碳酸鹽晶體周圍矽的沈澱，阻礙其生長；透過低聚反應，質子從沈澱位點被去除。
由於在原始地球的主要條件下形成，如高溫、富含二氧化矽的海洋和高 pH 值，並且與第一批生物的化石有相似之處，生物形態可能是理解生命化學起源的關鍵部份。
生物礦化過程發生在0.548 Ga附近，形成方解石，文石，白雲石，羥基磷灰石, 和蛋白石骨架。
大約三分之二的生物體形成磷酸鹽骨骼，其余三分之一則用鈣形成骨骼；但在不到 2000 萬年的時間裏，比例發生了變化，超過一半的生物體的骨骼是由碳酸鈣構成的，其中方解石結構是最常用的。
【總結】
礦物質一直是水圈、巖石圈和地球所有組成部碎形成的基礎。
礦物集合起來生成了第一個生物分子，這些生物分子又被前寒武紀時存在的礦物給聚集、排列、聚合起來，還受到保護，免受紫外線放射線和水解的影響。
反過來，是礦物的存在讓鍵的形成有了可能，進而形成了像胺基酸聚合物、核酸、脂質和碳水化合物這類的生物分子。
當下，生物體的骨骼主要是靠三種礦物質來構成的，分別是碳酸鈣、磷酸鈣以及矽。
碳酸鈣在生物系統裏起著主要作用，從生物礦化開始到現在一直都這樣，這跟獲取生物形態需要的礦物質是相符的。
生物形態在其他學科的研究裏特別重要，能幫我們明白生物礦化過程是咋發生的，還能讓我們知道怎麽把這些知識用在新一代奈米材料的設計和制造上。
這些有機體組合到一起就形成了第一個生命體，然後慢慢演化成了地球上所有有機體的一部份。本實驗表明礦物對所有生物王國物種的起源、前進演化以及延續都有著重要的作用。
[2]孫衛東，【初步探討氯在巖漿演化過程中的地球化學性質】
[3]曹竣雲，【從碳的轉化與排放角度來看地球生物的演化歷程】
王之峰，其對生態環境地球化學評價中的礦物學展開了研究。
