EKSPERYMENT MILLERA I UREYA: OPIS I ZNACZENIE - BIOLOGIA - 2025

Eksperyment Miller Urey obejmuje wytwarzanie cząsteczek organicznych przy prostszych cząsteczek nieorganicznych jako materiał wyjściowy w pewnych warunkach. Celem eksperymentu było odtworzenie starożytnych warunków panujących na Ziemi.

Celem tej rekreacji było zweryfikowanie możliwego pochodzenia biocząsteczek. W rzeczywistości symulacja pozwoliła na wytworzenie cząsteczek - takich jak aminokwasy i kwasy nukleinowe - niezbędnych dla organizmów żywych.

Przed Millerem i Ureyem: perspektywa historyczna

Wyjaśnienie pochodzenia życia zawsze było przedmiotem intensywnych dyskusji i kontrowersji. W okresie renesansu wierzono, że życie powstało nagle i znikąd. Ta hipoteza jest znana jako spontaniczne generowanie.

Później krytyczne myślenie naukowców zaczęło kiełkować i hipoteza została odrzucona. Jednak postawione na początku pytanie pozostało niejasne.

W latach dwudziestych ówcześni naukowcy używali terminu „pierwotna zupa” do opisania hipotetycznego środowiska oceanicznego, w którym prawdopodobnie powstało życie.

Problem polegał na zaproponowaniu logicznego pochodzenia biomolekuł, które umożliwiają życie (węglowodany, białka, lipidy i kwasy nukleinowe) z cząsteczek nieorganicznych.

Już w latach pięćdziesiątych XX wieku, przed eksperymentami Millera i Ureya, grupie naukowców udało się zsyntetyzować kwas mrówkowy z dwutlenku węgla. To ogromne odkrycie zostało opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Science.

Z czego to się składało?

Do 1952 roku Stanley Miller i Harold Urey opracowali protokół eksperymentalny do symulacji prymitywnego środowiska w genialnym systemie szklanych rurek i elektrod własnej konstrukcji.

System składał się z kolby z wodą, analogicznej do pierwotnego oceanu. Do tej kolby podłączono inną, zawierającą składniki domniemanego środowiska prebiotycznego.

Miller i Urey użyli następujących proporcji, aby go odtworzyć: 200 mm Hg metanu (CH ₄ ), 100 mm Hg wodoru (H ₂ ), 200 mm Hg amoniaku (NH ₃ ) i 200 ml wody (H ₂ O).

System posiadał również skraplacz, którego zadaniem było chłodzenie gazów tak, jak zwykle robiłby to deszcz. Podobnie zintegrowali dwie elektrody zdolne do wytwarzania wysokich napięć w celu stworzenia wysoce reaktywnych cząsteczek, które sprzyjałyby tworzeniu się złożonych cząsteczek.

Iskry te miały na celu symulację możliwych piorunów i wyładowań atmosferycznych ze środowiska prebiotycznego. Urządzenie kończyło się częścią w kształcie litery „U”, która uniemożliwiała przepływ pary w odwrotnym kierunku.

Eksperyment był porażony prądem przez tydzień, w tym samym czasie woda była podgrzewana. Proces ogrzewania symulował energię słoneczną.

Wyniki

W pierwszych dniach mieszanina doświadczalna była całkowicie czysta. Z biegiem dni mieszanina zaczęła przybierać czerwonawy kolor. Pod koniec eksperymentu ciecz ta przybrała intensywny czerwony, prawie brązowy kolor, a jej lepkość znacznie wzrosła.

Eksperyment osiągnął swój główny cel, a złożone cząsteczki organiczne zostały wygenerowane z hipotetycznych składników wczesnej atmosfery (metan, amoniak, wodór i para wodna).

Naukowcom udało się zidentyfikować ślady aminokwasów, takich jak glicyna, alanina, kwas asparaginowy i kwas amino-n-masłowy, które są głównymi składnikami białek.

Sukces tego eksperymentu sprawił, że inni naukowcy kontynuowali badanie pochodzenia cząsteczek organicznych. Dodając modyfikacje do protokołu Millera i Urey'a, odtworzono dwadzieścia znanych aminokwasów.

Można by również wytwarzać nukleotydy, które są podstawowymi elementami budulcowymi materiału genetycznego: DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) i RNA (kwas rybonukleinowy).

Znaczenie

Eksperyment zdołał eksperymentalnie zweryfikować wygląd cząsteczek organicznych i zaproponował całkiem atrakcyjny scenariusz wyjaśniający możliwe pochodzenie życia.

Powstaje jednak nieodłączny dylemat, ponieważ cząsteczka DNA jest wymagana do syntezy białek i RNA. Pamiętajmy, że centralny dogmat biologii głosi, że DNA jest transkrybowane na RNA, a to jest przepisywane na białka (znane są wyjątki od tej przesłanki, np. Retrowirusy).

Jak więc powstają te biomolekuły z ich monomerów (aminokwasów i nukleotydów) bez obecności DNA?

Na szczęście odkrycie rybozymów zdołało wyjaśnić ten pozorny paradoks. Te cząsteczki są katalitycznymi RNA. To rozwiązuje problem, ponieważ ta sama cząsteczka może katalizować i przenosić informacje genetyczne. Dlatego istnieje hipoteza o prymitywnym świecie RNA.

Ten sam RNA może się replikować i uczestniczyć w tworzeniu białek. DNA może występować w sposób drugorzędny i zostać wyselekcjonowany jako cząsteczka dziedziczona nad RNA.

Fakt ten może wystąpić z kilku powodów, głównie dlatego, że DNA jest mniej reaktywne i bardziej stabilne niż RNA.

Wnioski

Główny wniosek tego eksperymentalnego projektu można podsumować następującym stwierdzeniem: złożone cząsteczki organiczne mogą pochodzić z prostszych cząsteczek nieorganicznych, jeśli są narażone na warunki domniemanej prymitywnej atmosfery, takie jak wysokie napięcia, promieniowanie ultrafioletowe i niskie Zawartość tlenu.

Co więcej, odkryto pewne cząsteczki nieorganiczne, które są idealnymi kandydatami do tworzenia pewnych aminokwasów i nukleotydów.

Eksperyment pozwala nam zaobserwować, jak mogły wyglądać elementy budulcowe organizmów żywych, zakładając, że pierwotne środowisko odpowiadało opisanym wnioskom.

Jest bardzo prawdopodobne, że świat przed pojawieniem się życia składał się z liczniejszych i bardziej złożonych elementów niż te używane przez Millera.

Chociaż wydaje się nieprawdopodobne, aby zaproponować pochodzenie życia z takich prostych cząsteczek, Miller był w stanie zweryfikować to za pomocą subtelnego i pomysłowego eksperymentu.

Krytyka eksperymentu

Wciąż toczą się dyskusje i kontrowersje dotyczące wyników tego eksperymentu oraz sposobu powstania pierwszych komórek.

Obecnie uważa się, że składniki, które Miller użył do stworzenia prymitywnej atmosfery, nie pasowały do ​​jej rzeczywistości. Bardziej nowoczesny pogląd nadaje wulkanom ważną rolę i sugeruje, że gazy, z których te struktury pochodzą, wytwarzają minerały.

Kwestionowano także kluczowy punkt eksperymentu Millera. Niektórzy badacze uważają, że atmosfera miała niewielki wpływ na powstawanie żywych organizmów.

Bibliografia

1. Bada, JL i Cleaves, HJ (2015). Symulacje ab initio i eksperyment syntezy prebiotyków Millera. Materiały z National Academy of Sciences, 112 (4), E342-E342.
2. Campbell, NA (2001). Biologia: pojęcia i relacje. Edukacja Pearson.
3. Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S.,… & Cronin, L. (2017). Miller - Urey Spark-Discharge Experiments in the Deuterium World. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194.
4. Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… & Fernández, FM (2014). Prowadzenie eksperymentów Millera-Urey'a. Dziennik eksperymentów wizualizowanych: JoVE, (83).
5. Sadava, D. i Purves, WH (2009). Życie: nauka biologii. Panamerican Medical Ed.