تجربة ميلر أوري. كانت تجارب ميلر لخلق الحياة في أنبوب اختبار أكثر نجاحًا مما كان يعتقد هو نفسه تجربة الحساء البدائية

حول سبب عدم إعجابك بالتجارب ، حول فوائد الندوات ، ونبل القائد العلمي وظهور الحياة على خلفية الحرب الباردة ، نقول في قسمنا "تاريخ العلوم".

ولد ستانلي ميللر في عام 1930 لمحامي ومعلم مدرسة. منذ الطفولة ، أحب الصبي القراءة ، ودرس جيدًا ، وأحب الطبيعة ، وذهب في نزهات طويلة مع الكشافة. بعد أخيه ، التحق بجامعة كاليفورنيا ، مثله تمامًا ، لدراسة الكيمياء. بعد أن نجح في اجتياز الدورة الجامعية بسهولة ، انتقل إلى جامعة شيكاغو ، التي عرضت عليه منصبًا كمساعد (بعد وفاة والده ، لم يعد بإمكانه تحمل تكاليف الدراسة فقط). بدأ بحث طويل وصعب عن موضوع لمزيد من العمل ، وهو المكان الذي يطبقون فيه معرفتهم وعقولهم الذكية.

بالنظر إلى أن التجربة "فارغة ، وتستغرق وقتًا طويلاً وليست مهمة جدًا" (أو ربما تكون مكلفة فقط) ، لجأ ميلر إلى المشكلات النظرية. كان إدوارد تيلر أحد الأساتذة الذين لفت عملهم انتباه ميلر ، حيث درس تركيب العناصر الكيميائية في النجوم.

ومع ذلك ، فإن ستانلي ميلر الذي نتحدث عنه اليوم "ولد" في خريف عام 1951 ، عندما بدأ في حضور ندوات البروفيسور هارولد أوري ، الحائز على جائزة نوبل في ذلك الوقت (عن اكتشاف الديوتيريوم). في ذلك الوقت ، تم نقل أوري بعيدًا عن طريق الكيمياء الكونية ، وتطور العناصر الكيميائية في النجوم والكواكب ، وقدم افتراضًا حول تكوين الغلاف الجوي المبكر للأرض. كان يعتقد أن تخليق المواد العضوية ممكن في بيئات مشابهة للغلاف الجوي للأرض القديمة. فتنت هذه الأفكار ميلر (لدرجة أنه تذكر تفاصيل المحاضرات بعد عقود) ، وانتقل بأبحاثه إلى أوري.

هارولد اوري

ويكيميديا كومنز

وهكذا ، عالج ميلر مشكلة جذبت العديد من العلماء. جادل ويليام هارفي ، وفرانشيسكو ريدي ، ولويس باستور ، ولازارو سبالانزاني ، وجاكوب برزيليوس ، وفريدريك فولر حول ما إذا كانت الكائنات الحية يمكن أن تنشأ من أشياء غير حية (وهذا ليس كل ما كتبناه بالفعل في تاريخ العلوم).

لم يهدأ الجدل حتى في القرن العشرين. هنا قدم مواطننا ألكسندر أوبارين مساهمة كبيرة. في عشرينيات القرن الماضي ، نشر مقالًا بعنوان "أصل الحياة" ، حدد فيه نظريته عن أصل الكائنات الحية من "الحساء البدائي". اقترح Oparin أن حدوث المواد العضوية ممكن في المناطق ذات التركيز العالي للمركبات الجزيئية. عندما حصلت هذه المناطق على قشرة فصلتها جزئيًا عن البيئة ، تحولت إلى قطرات متقاربة - المفهوم الرئيسي لنظرية أوبارين هالدين (في نفس الوقت تقريبًا ، طور عالم الأحياء البريطاني جون هالدين أفكارًا مماثلة). داخل هذه القطرات ، يمكن تكوين مواد عضوية بسيطة ، تليها مركبات معقدة: البروتينات ، والأحماض الأمينية. عن طريق امتصاص المواد من البيئة ، يمكن أن تنمو القطرات وتنقسم.

لكن لنعد إلى ميلر. في البداية ، لم يجد حماسه ورغبته في ترتيب نوع من التجربة واختبار النظرية تعاطفًا مع يوري في البداية: يجب ألا يصعد طالب الدراسات العليا إلى المجهول ، فمن الأفضل أن يفعل شيئًا أبسط. في النهاية ، رضخ الأستاذ ، لكنه أعطى ميلر سنة. لن تكون هناك نتائج ، يجب تغيير الموضوع.

بدأ ميلر العمل: أخذ بيانات أوري حول تكوين الغلاف الجوي المبكر واقترح أن تخليق المركبات اللازمة لظهور الحياة يمكن تحفيزها بواسطة تفريغ كهربائي (يُعتقد أن البرق لم يكن نادرًا على الأرض حتى في العصور القديمة). يتكون الإعداد من قوارير متصلة بأنابيب زجاجية. في الدورق السفلي كان هناك سائل ، في الجزء العلوي - خليط من الغازات: الميثان والأمونيا والهيدروجين - والبخار. تم توصيل الأقطاب الكهربائية أيضًا بالقارورة العلوية ، مما أدى إلى حدوث تفريغ كهربائي. في أماكن مختلفة ، تم تسخين هذا النظام وتبريده ، وتدور المادة بشكل مستمر.

تجربة ميلر - أوري

ويكيميديا كومنز

بعد أسبوع ، توقفت التجربة وأخرج الدورق الذي يحتوي على السائل المبرد. وجد ميلر أن 10-15٪ من الكربون قد تحول إلى شكل عضوي. باستخدام كروماتوغرافيا الورق ، لاحظ آثار الجلايسين (ظهرت بالفعل في اليوم الثاني من التجربة) ، وحمض ألفا وبيتا أمينوبروبيونيك ، وأحماض الأسبارتيك وألفا أمينوبوتيريك.

أظهر ميللر لأوري هذه النتائج المتواضعة ولكن ذات المغزى (لقد أثبتوا إمكانية ظهور المواد العضوية في ظروف الأرض المبكرة) ، ونشرها العلماء في مجلة Science ، وإن لم يكن بدون مشاكل. تم إدراج ميلر فقط بين المؤلفين ، وإلا ، كما يخشى يوري ، فإن كل الاهتمام سينصب عليه ، الحائز على جائزة نوبل ، وليس المؤلف الحقيقي للاكتشاف.

موسكو ، 21 يناير - ريا نوفوستي.نجح علماء الأحياء الأمريكيون في تكرار واحدة من أشهر التجارب في منتصف القرن العشرين ، ما يسمى بتجربة Miller-Urey ، ونجحوا في إعادة إنشاء مجموعة من العديد من الأحماض الأمينية الأولية من أبسط المركبات غير العضوية خلال تطور كيميائي طويل ، وفقًا لـ مقال نشر في مجلة JoVE.

كانت الظروف على الكواكب في بدايات الكون مناسبة لأصل الحياةدرجة حرارة الخلفية الكونية الميكروية بعد 15 مليون سنة من الانفجار العظيم كانت تصل إلى 30 درجة مئوية ، بسبب وجود الكواكب ، إذا كانت موجودة في ذلك الوقت ، يمكن أن تحتوي على ماء سائل ضروري للحياة.

حاول إريك باركر من معهد جورجيا للتكنولوجيا في أتلانتا (الولايات المتحدة الأمريكية) وزملاؤه تكرار إحدى المراحل الرئيسية في التطور الكيميائي للمواد العضوية على الأرض ، على خطى اثنين من علماء الكيمياء الحيوية المشهورين في العالم - ستانلي ميللر وهارولد يوري .

في منتصف الخمسينيات من القرن الماضي ، قام ميلر وأوري باختبار وتأكيد صحة الفرضية اللاجينية لأصل الحياة ، والتي صاغ أسسها عالم الأحياء الروسي ألكسندر أوبارين في عام 1922.

حاول ميلر وأوري إنتاج أحماض أمينية من مركبات بسيطة مثل الماء والأمونيا وأول أكسيد الكربون والميثان ، مما أعاد تكوين الظروف التي كانت سائدة في بدايات الأرض. للقيام بذلك ، قاموا بتسخين "المرق الأولي" بهذه المواد ومرروا البخار عبر دورق تم إدخال أقطاب كهربائية فيه ، ثم قاموا بتبريده. بعد مرور بعض الوقت ، بدأت تظهر الأحماض الأمينية في هذا "الشراب".

أوضح العلماء التركيب الكيميائي المحتمل لأول "لبنات الحياة"في تجارب إعادة التحليل قبل نصف قرن ، حدد العلماء أشكالًا جديدة من الجزيئات البيولوجية التي يمكن أن تتشكل تلقائيًا على الأرض ما قبل التاريخ وتؤدي إلى ظهور الأشكال الأولى من الحياة.

في السنوات اللاحقة ، كرر العلماء تجربة Miller-Urey مرارًا وتكرارًا ، لكن الإجراءات التي استخدموها كانت معقدة للغاية ومربكة للتحقق من نتائجهم بشكل كامل. درس مؤلفو المقال وصف تجربة ميلر وأوري ، وقاموا بتبسيطها وإعداد مقطع فيديو يشرح كيفية إجراء التجربة.

"تُظهر نتائجنا أن الأحماض الأمينية ، اللبنات الأساسية للحياة ، يمكن أن تتشكل في ظل الظروف التي سادت على الأرض في وقت مبكر. لم يدع ميلر إلى تكرار هذه التجربة لسبب احتمال انفجار إعداده التجريبي. إذا قرأت وصف منهجيته ، فلن يكون من الواضح تمامًا كيف أجريت التجربة. لذلك ، قمنا بإعداد منهجية آمنة لإجراء التجربة للزملاء المهتمين "، يختتم باركر.

مخطط التجربة.

تجربة ميلر - أوري- تجربة كلاسيكية شهيرة تمت فيها محاكاة الظروف الافتراضية للفترة المبكرة من تطور الأرض لاختبار إمكانية التطور الكيميائي. في الواقع ، كان اختبارًا تجريبيًا للفرضية ، التي عبر عنها سابقًا ألكسندر أوبارين وجون هالدين ، بأن الظروف التي كانت موجودة على الأرض البدائية تفضل التفاعلات الكيميائية التي يمكن أن تؤدي إلى تخليق جزيئات عضوية من جزيئات غير عضوية. أجرى في عام 1953 من قبل ستانلي ميلر وهارولد أوري. تضمن الجهاز المصمم للتجربة مزيجًا من الغازات المقابلة للأفكار السابقة حول تكوين الغلاف الجوي للأرض المبكرة ، ومرت التفريغ الكهربائي عبره.

تعتبر تجربة Miller-Urey من أهم التجارب في دراسة أصل الحياة على الأرض. أظهر التحليل الأولي وجود 5 أحماض أمينية في الخليط النهائي. ومع ذلك ، أظهر تحليل أكثر دقة نُشر في عام 2008 أن التجربة أسفرت عن تكوين 22 من الأحماض الأمينية.

وصف التجربة

يتكون الجهاز المجمع من قوارير متصلة بأنابيب زجاجية في دورة. كان ملء النظام بالغاز عبارة عن خليط من الميثان (CH 4) والأمونيا (NH 3) والهيدروجين (H 2) وأول أكسيد الكربون (CO). تم ملء نصف قارورة بالماء ، والتي تبخرت عند تسخينها وسقط بخار الماء في القارورة العلوية ، حيث تم استخدام التفريغ الكهربائي باستخدام الأقطاب الكهربائية ، لتقليد تصريفات البرق على الأرض المبكرة. من خلال أنبوب مبرد ، عاد البخار المكثف إلى القارورة السفلية ، مما يوفر دورانًا مستمرًا.

بعد أسبوع واحد من التدوير المستمر ، وجد ميلر وأوري أن 10-15٪ من الكربون قد تحول إلى شكل عضوي. حوالي 2٪ من الكربون اتضح أنه في شكل أحماض أمينية ، والجليسين هو الأكثر وفرة من هذه الأحماض. كما تم العثور على السكريات والدهون وسلائف الأحماض النووية. أعيدت التجربة عدة مرات في 1953-1954. استخدم ميلر نسختين من الجهاز ، أحدهما يسمى. "البركاني" ، لديه انقباض معين في الأنبوب ، مما أدى إلى تدفق سريع لبخار الماء عبر قارورة التفريغ ، والتي ، في رأيه ، محاكاة النشاط البركاني بشكل أفضل. ومن المثير للاهتمام ، أن إعادة تحليل عينات ميلر ، أجراها بعد 50 عامًا الأستاذ ومعاونه السابق جيفري بيد (م. جيفري إل بادا) باستخدام طرق البحث الحديثة ، تم العثور على 22 من الأحماض الأمينية في عينات من الجهاز "البركاني" ، أي أكثر بكثير مما كان يعتقد سابقًا.

اعتمد ميلر وأوري تجاربهما على أفكار من الخمسينيات حول التكوين المحتمل للغلاف الجوي للأرض. بعد إجراء التجارب ، أجرى العديد من الباحثين تجارب مماثلة في تعديلات مختلفة. تبين أنه حتى التغييرات الطفيفة في ظروف العملية وتكوين خليط الغاز (على سبيل المثال ، إضافة النيتروجين أو الأكسجين) يمكن أن تؤدي إلى تغييرات كبيرة للغاية في كل من الجزيئات العضوية الناتجة وكفاءة عملية تركيبها . في الوقت الحاضر ، لا تزال مسألة التكوين المحتمل للغلاف الجوي الأساسي للأرض مفتوحة. ومع ذلك ، يُعتقد أن النشاط البركاني المرتفع في ذلك الوقت ساهم أيضًا في إطلاق مكونات مثل ثاني أكسيد الكربون (CO 2) والنيتروجين وكبريتيد الهيدروجين (H 2S) وثاني أكسيد الكبريت (SO 2).

انتقاد استنتاجات التجربة

تم انتقاد الاستنتاجات حول إمكانية التطور الكيميائي ، التي تم إجراؤها على أساس هذه التجربة. الحجة الرئيسية للنقاد هي عدم وجود chirality واحد في الأحماض الأمينية المركبة. في الواقع ، كانت الأحماض الأمينية الناتجة عبارة عن مزيج متساوٍ تقريبًا من الأيزومرات الفراغية ، بينما بالنسبة للأحماض الأمينية ذات الأصل البيولوجي ، بما في ذلك تلك التي هي جزء من البروتينات ، فإن غلبة أحد الأيزومرات الفراغية مميزة للغاية. لهذا السبب ، فإن التوليف الإضافي للمواد العضوية المعقدة الكامنة وراء الحياة مباشرة من الخليط الناتج أمر صعب. وفقًا للنقاد ، على الرغم من إظهار تركيب أهم المواد العضوية بوضوح ، فإن الاستنتاج بعيد المدى حول إمكانية التطور الكيميائي ، المستمد مباشرة من هذه التجربة ، ليس له ما يبرره تمامًا.

أنظر أيضا

ملحوظات

المؤلفات

ميلر إس إل (مايو 1953). "إنتاج الأحماض الأمينية في ظل ظروف الأرض البدائية المحتملة". العلوم (نيويورك ، نيويورك) 117 (3046): 528-9. بميد 13056598.
MILLER SL ، UREY HC (يوليو 1959). "تركيب مركب عضوي على الأرض البدائية". العلوم (نيويورك ، نيويورك) 130 (3370): 245-51. بميد 13668555.
Lazcano A ، Bada JL (يونيو 2003). "

تجربة Miller-Urey هي تجربة كلاسيكية شهيرة تحاكي الظروف الافتراضية في بداية الأرض لاختبار إمكانية التطور الكيميائي. أجرى في عام 1953 من قبل ستانلي ميلر وهارولد أوري. تضمن الجهاز المصمم للتجربة مزيجًا من الغازات المقابلة للأفكار السابقة حول تكوين الغلاف الجوي للأرض المبكرة ، ومرت التفريغ الكهربائي عبره.

وصف التجربة

بعد أسبوع واحد من التدوير المستمر ، وجد ميلر وأوري أن 10-15٪ من الكربون قد تحول إلى شكل عضوي. حوالي 2٪ من الكربون اتضح أنه في شكل أحماض أمينية ، والجليسين هو الأكثر وفرة من هذه الأحماض. كما تم العثور على السكريات والدهون وسلائف الأحماض النووية. أعيدت التجربة عدة مرات في 1953-1954. استخدم ميلر نسختين من الجهاز ، أحدهما يسمى. "البركاني" ، لديه انقباض معين في الأنبوب ، مما أدى إلى تدفق سريع لبخار الماء عبر قارورة التفريغ ، والتي ، في رأيه ، محاكاة النشاط البركاني بشكل أفضل. ومن المثير للاهتمام ، أن عملية إعادة تحليل عينات ميلر ، التي أجراها البروفيسور ومساعده السابق جيفري إل بادا بعد 50 عامًا ، باستخدام طرق البحث الحديثة ، وجدت 22 حمضًا أمينيًا في عينات من الجهاز "البركاني" ، أي أكثر بكثير مما تم اعتباره سابقًا .

انتقاد استنتاجات التجربة

تم انتقاد الاستنتاجات حول إمكانية التطور الكيميائي ، التي تم إجراؤها على أساس هذه التجربة.

كما يتضح ، فإن إحدى الحجج الرئيسية للنقاد هي عدم وجود تماثل واحد في الأحماض الأمينية المركبة. في الواقع ، كانت الأحماض الأمينية التي تم الحصول عليها عبارة عن مزيج متساوٍ تقريبًا من الأيزومرات الفراغية ، بينما بالنسبة للأحماض الأمينية ذات الأصل البيولوجي ، بما في ذلك تلك التي تشكل جزءًا من البروتينات ، فإن غلبة أحد الأيزومرات الفراغية نموذجية تمامًا. لهذا السبب ، فإن التوليف الإضافي للمواد العضوية المعقدة الكامنة وراء الحياة مباشرة من الخليط الناتج أمر صعب. وفقًا للنقاد ، على الرغم من إظهار تركيب أهم المواد العضوية بوضوح ، فإن الاستنتاج بعيد المدى حول إمكانية التطور الكيميائي ، المستمد مباشرة من هذه التجربة ، ليس له ما يبرره تمامًا.

بعد ذلك بوقت طويل ، في عام 2001 ، أظهر Alan Saghatelyan أن أنظمة الببتيد ذاتية التكرار كانت قادرة على تضخيم جزيئات دوران معين في خليط عنصري بشكل فعال ، مما يدل على أن هيمنة أحد الأيزومرات الفراغية يمكن أن تنشأ بشكل طبيعي. بالإضافة إلى ذلك ، فقد ثبت أن هناك احتمال حدوث تلقائي للانعكاس في التفاعلات الكيميائية التقليدية ، وهناك أيضًا طرق معروفة لتجميع عدد من الأيزومرات الفراغية ، بما في ذلك الهيدروكربونات والأحماض الأمينية ، في وجود محفزات نشطة بصريًا. ومع ذلك ، لم يحدث شيء من هذا القبيل صراحةً بشكل مباشر في هذه التجربة.

يحاولون حل مشكلة chirality بطرق أخرى ، على وجه الخصوص ، من خلال نظرية إدخال المواد العضوية عن طريق النيازك.

أشار عالم الكيمياء الحيوية روبرت شابيرو إلى أن الأحماض الأمينية التي صنعها ميلر وأوري هي جزيئات أقل تعقيدًا بكثير من النيوكليوتيدات. أبسط تلك الأحماض الأمينية العشرين التي تعد جزءًا من البروتينات الطبيعية تحتوي على ذرتين فقط من الكربون ، و 17 من الأحماض الأمينية من نفس المجموعة تحتوي على ستة أو أكثر. لا تحتوي الأحماض الأمينية والجزيئات الأخرى التي صنعها ميلر وأوري على أكثر من ثلاث ذرات كربون. والنيوكليوتيدات في عملية مثل هذه التجارب لم تتشكل على الإطلاق.

ملخص للعروض التقديمية الأخرى

"التطور الكيميائي الحيوي لأوبارين" - 2) التكوين في الخزانات الأولية للأرض من المركبات العضوية المتراكمة للبوليمرات الحيوية والدهون والهيدروكربونات. يتلخص جوهر الفرضية في ما يلي ... أصل الحياة على الأرض هو عملية تطورية طويلة لتكوين المادة الحية في أعماق المادة غير الحية. 1) توليف المركبات العضوية الأولية من المواد غير العضوية في ظروف الغلاف الجوي الأولي للأرض البدائية. نظرية أوبارين. 1894-1980.

"فرضية أوبارين" - السيرة الذاتية. فرضية الأصل التلقائي للحياة. فرضية التطور البيوكيميائي. فرضية أصل الحياة على الأرض AI Oparina. الجلطات تسمى قطرات coacervate. سيرة منظمة العفو الدولية Oparin. عالم أحياء إنجليزي. الكسندر ايفانوفيتش اوبارين. مفهوم. خلية حية. نظرية أصل الحياة على الأرض. التثبيت بواسطة ستانلي ميلر. تكوين الغلاف الجوي للأرض. مراحل نشأة الحياة على الأرض.

"نظريات النشوء والتولد" - غياب الكائنات الحية. نظرية التوليد التلقائي. ذروة العقيدة الكلاسيكية للجيل التلقائي. نظرية التوليد التلقائي. الديدان. مراحل نشأة الحياة على الأرض. أحماض أمينية. نظرية التطور البيوكيميائي. أنصار نظرية البانسبيرميا. الخلق. نظريات التولد الحيوي والتكوين التلقائي حول أصل المادة الحية. ديموقريطس. عالم الكيمياء الحيوية وعالم الوراثة الإنجليزي جون هالدين. وصف المرحلة البيوكيميائية للتطور الكيميائي.

"التطور الكيميائي" - فرضية البانسبيرميا. أصل الكائنات الحية الدقيقة خارج كوكب الأرض. فرضية التولد التلقائي. علم الأرض. حوالي 8 ملايين مركب كيميائي معروف. لا ينفصل التاريخ الجيولوجي للأرض عن تطورها البيولوجي. التطور الكيميائي والتكوين الحيوي. المقياس الجيولوجي. بروتوستار - الشمس. دفعت الشمس الداخل. النشاط الإشعاعي. قال الكيميائي الروسي أ. رودينكو. مع زيادة العدد الذري ، يتناقص انتشار العناصر.

"نظرية التطور البيوكيميائي" - تم إنشاء الحياة من قبل كائن خارق للطبيعة. تشكيل هيكل الغشاء. فرضية التطور البيوكيميائي. فرضية تعتبر الحياة نتيجة لتطور طويل. اتسمت المرحلة الثالثة بالعزلة. تركيز المواد في قطرات coacervate. جزيئات العديد من المواد. جزيئات بسيطة. الكائنات الحية البدائية الأولى. جزيئات خيطية طويلة. "مرق أساسي". إحدى السمات الرئيسية للكائنات الحية هي القدرة على التكاثر.

"فرضية التطور البيوكيميائي" - العملية التي أدت إلى ظهور الحياة على الأرض. أصل الحياة على الأرض. مرق أساسي. ميلر ، ستانلي لويد. نظرية أوبارين هالدين. تجربة ميلر أوري. جوانب مختلفة. شروط أصل الحياة. فرضية A. I. Oparin. قطرات Coacervate.