Eksperyment Stanleya Millera

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Eksperyment Stanleya Millera (lub Millera–Ureya) – klasyczny eksperyment powstania życia na Ziemi. Wykonany został w 1953 roku przez Stanleya Millera w laboratorium Harolda C. Ureya na Uniwersytecie Chicagowskim. Polegał na symulowaniu hipotetycznych warunków środowiska wczesnej Ziemi i testował możliwość zaistnienia ewolucji chemicznej[1][2].

Założenia eksperymentu opierały się na hipotezie wysuniętej przez Aleksandra Oparina i Johna Haldane'a (hipoteza Oparina-Haldane'a), że redukcyjna atmosfera Ziemi w owym czasie sprzyjała syntezie związków organicznych z nieorganicznych prekursorów.

Przebieg eksperymentu[edytuj | edytuj kod]

Substancje wyjściowe: woda (H2O), metan (CH4), amoniak (NH3) i wodór (H2)

Schemat eksperymentu

Aparatura: sterylny układ dwóch kolb szklanych, jednej wypełnionej częściowo wodą, drugiej zawierającej elektrody, pomiędzy którymi przepuszczano wyładowania elektryczne (łuk elektryczny) symulujące wyładowania elektryczne w atmosferze. Para z podgrzewanej kolby dolnej mieszała się z doprowadzanymi z zewnątrz gazami, następnie poddawana była działaniu wyładowań elektrycznych w górnym naczyniu, następnie po schłodzeniu w chłodnicy powracała do pierwszego naczynia.

Wyniki: po tygodniu trwania eksperymentu 10-15% węgla doprowadzonego do systemu znajdowało się w związkach organicznych. Dwa procent węgla utworzyło 13 aminokwasów z 20-22 budujących białka w organizmach żywych. Najczęstszym znajdowanym aminokwasem była glicyna (najprostszy aminokwas). Badania prowadzono za pomocą chromatografii bibułowej[3])

W październiku 2008 roku przebadano ponownie wyniki oryginalnych eksperymentów Millera stosując współczesne metody badawcze. Nowe wyniki wykazały, że w jednym z eksperymentów Millera powstały aż 22 różne aminokwasy[4].

Ilości zidentyfikowanych związków organicznych powstałych z wyjściowych 59 moli metanu
Produkt Wzór chemiczny Liczność substancji
[μmol]
Liczba atomów węgla Liczność atomów węgla
[μmol]
kwas mrówkowy HCOOH 2330 1 2330
glicyna* H2N-CH2-COOH 630 2 1260
kwas hydroksyoctowy HO-CH2-COOH 560 2 1120
alanina* H2N-CH(CH3)-COOH 340 3 1020
kwas mlekowy HO-CH(CH3)-COOH 310 3 930
β-alanina H2N-CH2-CH2-COOH 150 3 450
kwas octowy CH3-COOH 150 2 300
kwas propionowy C2H5-COOH 130 3 390
kwas iminodioctowy HOOC-CH2-NH-CH2-COOH 55 4 220
sarkozyna CH3-NH-CH2-COOH 50 3 150
kwas α-aminomasłowy H2N-CH(C2H5)-COOH 50 4 200
kwas α-hydroksymasłowy HO-CH(C2H5)-COOH 50 4 200
kwas bursztynowy HOOC-CH2-CH2-COOH 40 4 160
mocznik H2N-CO-NH2 20 1 20
N-metylomocznik H2N-CO-NH-CH3 15 2 30
kwas 3-azaadypinowy HOOC-CH2-NH-CH2-CH2-COOH 15 5 75
N-metyloalanina CH3-NH-CH(CH3)-COOH 10 4 40
kwas glutaminowy* H2N-CH(C2H4COOH)-COOH 6 5 30
kwas asparaginowy* H2N-CH(CH2COOH)-COOH 4 4 16
kwas α-aminoizomasłowy H2N-C(CH3)2-COOH 1 3 3
 
Suma:
4916   8944

*Aminokwasy biogenne

Warianty eksperymentu[edytuj | edytuj kod]

Rezultaty odpowiadały oryginalnemu eksperymentowi.

Interpretacja[edytuj | edytuj kod]

Był to pierwszy eksperyment wykazujący możliwość uzyskania prostych podstawowych składników organizmów żywych z materii nieożywionej. Utorował on drogę dla szeregu podobnych eksperymentów. W 1961 r. Joan Oró uzyskał aminokwasy z cyjanowodoru (HCN) i amoniaku w roztworze wodnym, uzyskując także znaczne ilości adeniny. Późniejsze eksperymenty wykazały, że inne zasady RNA i DNA mogą być uzyskane w symulowanym prebiotycznym środowisku w atmosferze redukcyjnej.

W mieszaninie znajdowały się także inne, niewystępujące w organizmach żywych aminokwasy tworzące minipeptydy z innymi aminokwasami.

Pierwotna atmosfera Ziemi[edytuj | edytuj kod]

Doświadczenie Millera zakłada, że pierwotna atmosfera Ziemi była silnie redukująca. W atmosferze obojętnej - postulowanej obecnie przez niektórych geochemików - wydajność reakcji syntezy związków organicznych, a przede wszystkim aminokwasów zmniejsza się o kilka rzędów wielkości.

Krytyka eksperymentu[edytuj | edytuj kod]

Krytyka eksperymentu opiera się przede wszystkim na 3 argumentach:

  • Błędne materiały - krytycy[kto?] twierdzą, iż w eksperymencie niepotrzebnie użyto amoniaku, który byłby zneutralizowany przez promienie UV, a także nie uwzględniono tlenu, który był zawsze składnikiem atmosfery
  • Błędne warunki - zdaniem krytyków[czyim?], konstrukcja aparatury pozwalała połączyć cząsteczki w aminokwasy, ale nie pozwolono na ponowne rozłączenie ich.
  • Błędne wyniki - krytycy[kto?] zauważają, że 98% otrzymanych składników stanowiły substancje toksyczne, a pośród otrzymanych aminokwasów tylko połowa z nich była lewoskrętna.

Przypisy

  1. Stanley L. Miller. Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions. „Science”. 117 (3046), s. 528, 1953. doi:10.1126/science.117.3046.528. PMID 13056598. 
  2. Stanley L. Miller, Harold C. Urey. Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth. „Science”. 130 (3370), s. 245, 1959. doi:10.1126/science.130.3370.245. PMID 13668555. 
  3. Ferrris Jabr. Święto nauki. „Świat Nauki”. nr. 7 (239), s. 42-51, lipiec 2011. Prószyński Media. ISSN 0867-6380.  za George Wald. Początki życia. „Świat Nauki”, sierpień 1954. Prószyński Media. ISSN 0867-6380. 
  4. Volcanic lightning may have sparked life on Earth New Scientist (ang.)

Literatura uzupełniająca[edytuj | edytuj kod]

  • J.L. Bada, A. Lazcano. Stanley Miller's 70th Birthday. „Origins of Life and Evolution of the Biosphere”. 30, s. 107–12, 2000. doi:10.1023/A:1006746205180.