O tome zašto ne volite eksperimente, o prednostima seminara, plemenitosti naučnog vođe i pojavi živih u pozadini Hladnog rata, pričamo u našoj rubrici „Istorija nauke“.
Stanley Miller je rođen 1930. godine u porodici advokata i učitelja. Dječak je od djetinjstva volio čitati, dobro učio, volio prirodu, išao na planinarenje sa izviđačima. Nakon brata, upisao je Kalifornijski univerzitet, kao i on, da studira hemiju. Nakon što je lako položio univerzitetski kurs, preselio se na Univerzitet u Čikagu, koji mu je ponudio poziciju asistenta (nakon smrti njegovog oca, više nije mogao priuštiti jednostavno studiranje). Počela je duga i teška potraga za temom za dalji rad, mestom gde bi primenili svoje znanje i bistar um.
Smatrajući eksperimentisanje „praznim, dugotrajnim i ne baš važnim“ (ili možda samo skupim), Miller se okrenuo teorijskim problemima. Jedan od profesora čiji je rad privukao Milerovu pažnju bio je Edvard Teler, koji je proučavao sintezu hemijskih elemenata u zvezdama.
Međutim, Stenli Miler o kome danas govorimo je „rođen“ u jesen 1951. godine, kada je počeo da pohađa seminare profesora Harolda Ureja, već tada nobelovca (za otkriće deuterijuma). Urey je u to vrijeme bio ponesen kosmohemijom, evolucijom hemijskih elemenata u zvijezdama i planetama, i napravio je pretpostavku o sastavu rane atmosfere Zemlje. Vjerovao je da je sinteza organskih tvari moguća u sredinama sličnim atmosferi drevne Zemlje. Ove ideje fascinirale su Milera (toliko da se decenijama kasnije prisećao detalja predavanja) i on je prešao sa svojim istraživanjem na Ureya.
Harold Urey
Wikimedia Commons
Tako se Miller pozabavio problemom koji je privukao mnoge naučnike. William Harvey, Francesco Redi, Louis Pasteur, Lazzaro Spallanzani, Jakob Berzelius, Friedrich Wöhler raspravljali su o tome da li živa bića mogu nastati iz neživih stvari (a to čak nije ni sve o čemu smo već pisali u Istoriji nauke).
Kontroverza nije jenjavala ni u 20. veku. Tu je veliki doprinos dao naš sunarodnik Aleksandar Oparin. Dvadesetih godina 20. vijeka objavio je članak "O nastanku života" u kojem je iznio svoju teoriju o porijeklu živih bića iz "iskonske čorbe". Oparin je sugerirao da je pojava organskih tvari moguća u područjima visoke koncentracije makromolekularnih spojeva. Kada su takve zone dobile ljusku koja ih je djelimično odvajala od okoline, pretvorile su se u koacervatne kapi - ključni koncept Oparin-Haldaneove teorije (otprilike u isto vrijeme slične ideje razvio je britanski biolog John Haldane). Unutar ovih kapi mogu se formirati jednostavne organske supstance, a zatim složena jedinjenja: proteini, aminokiseline. Apsorbirajući tvari iz okoline, kapljice mogu rasti i dijeliti se.
Ali vratimo se Milleru. U početku, njegov entuzijazam i želja da organizira neku vrstu eksperimenta i testira teoriju, isprva nisu naišli na simpatije kod Jurija: diplomirani student ne bi se trebao penjati u nepoznato, bolje je ako radi nešto jednostavnije. Na kraju je profesor popustio, ali je Mileru dao godinu dana. Neće biti rezultata, morat će se promijeniti tema.
Miller se dao na posao: uzeo je Ureyeve podatke o sastavu rane atmosfere i sugerirao da bi sinteza jedinjenja neophodnih za nastanak života mogla biti stimulirana električnim pražnjenjem (vjeruje se da munje nisu bile neuobičajene na Zemlji čak ni u antike). Postavka se sastojala od dvije tikvice povezane staklenim cijevima. U donjoj boci bila je tečnost, u gornjoj - mešavina gasova: metana, amonijaka i vodonika - i pare. Elektrode su također bile spojene na gornju tikvicu, stvarajući električno pražnjenje. Na različitim mjestima, ovaj sistem se zagrijavao i hladio, a supstanca je neprekidno kružila.
Miller eksperiment - Urey
Wikimedia Commons
Nakon nedelju dana eksperiment je prekinut i tikvica sa ohlađenom tečnošću je izvađena. Miller je otkrio da je 10-15% ugljika prešlo u organski oblik. Papirnom hromatografijom uočio je tragove glicina (pojavili su se već drugog dana eksperimenta), alfa- i beta-aminopropionske kiseline, asparaginske i alfa-aminobuterne kiseline.
Miller je pokazao Ureyu ove skromne, ali tako značajne rezultate (dokazali su mogućnost pojave organskih materija u uslovima rane Zemlje), a naučnici su ih, iako ne bez problema, objavili u časopisu Science. Među autorima je bio samo Miller, inače bi, strahovao je Juuri, sva pažnja bila usmjerena na njega, nobelovca, a ne na pravog autora otkrića.
MOSKVA, 21. januara - RIA Novosti. Američki biolozi su uspješno replicirali jedan od najpoznatijih eksperimenata iz sredine 20. stoljeća, takozvani Miller-Urey eksperiment, i uspješno rekonstruirali skup nekoliko primarnih aminokiselina iz najjednostavnijih neorganskih jedinjenja tokom duge hemijske evolucije, prema članak objavljen u časopisu JoVE.
Uslovi na planetama u ranom svemiru bili su pogodni za nastanak životaTemperatura kosmičke mikrotalasne pozadine 15 miliona godina nakon Velikog praska bila je do 30 stepeni Celzijusa, zbog čega bi planete, da su postojale u to vreme, mogle imati tečnu vodu neophodnu za život.Eric Parker sa Tehnološkog instituta Džordžije u Atlanti (SAD) i njegove kolege pokušali su da ponove jednu od ključnih etapa u hemijskoj evoluciji organskih materija na Zemlji, na tragu dvojice poznatih svetskih biohemičara - Stanleya Millera i Harolda Ureya. .
Sredinom 1950-ih, Miller i Urey su eksperimentalno testirali i potvrdili istinitost abiogenetske hipoteze o nastanku života, čije je temelje formulirao ruski biolog Aleksandar Oparin 1922. godine.
Miller i Urey pokušali su stvoriti aminokiseline iz jednostavnih spojeva kao što su voda, amonijak, ugljični monoksid i metan, rekreirajući uslove koji su vladali na ranoj Zemlji. Da bi to učinili, zagrijali su "primarni bujon" sa ovim supstancama i propuštali paru kroz tikvicu u koju su umetnute elektrode, a zatim je ohladili. Nakon nekog vremena počele su se pojavljivati aminokiseline u ovom "sirupu".
U narednim godinama, naučnici su više puta ponavljali Miller-Urey eksperiment, ali postupci koje su koristili bili su previše složeni i zbunjujući da bi u potpunosti potvrdili njihove rezultate. Autori članka su proučili opis Millerovog i Ureyjevog eksperimenta, pojednostavili ga i pripremili video koji objašnjava kako se eksperiment provodi.
"Naši rezultati pokazuju da se aminokiseline, gradivni blokovi života, mogu formirati u uslovima koji su vladali na ranoj Zemlji. Miller nije pozvao na ponavljanje ovog eksperimenta iz razloga što bi njegova eksperimentalna postavka mogla eksplodirati. Ako pročitate opis njegovu metodologiju, onda neće biti sasvim jasno kako je eksperiment izveden. Stoga smo za zainteresirane kolege pripremili sigurnu metodologiju za provođenje eksperimenta“, zaključuje Parker.
Shema eksperimenta.
Miller eksperiment - Urey- čuveni klasični eksperiment u kojem su simulirani hipotetički uslovi ranog perioda razvoja Zemlje kako bi se ispitala mogućnost hemijske evolucije. Zapravo, to je bio eksperimentalni test hipoteze, koju su prethodno iznijeli Alexander Oparin i John Haldane, da su uslovi koji su postojali na primitivnoj Zemlji pogodovali hemijskim reakcijama koje bi mogle dovesti do sinteze organskih molekula iz neorganskih. Dirigirali su 1953. Stanley Miller i Harold Urey. Aparat dizajniran za eksperiment uključivao je mješavinu plinova koja je odgovarala tadašnjim idejama o sastavu atmosfere rane Zemlje i kroz nju su prolazila električna pražnjenja.
Miller-Urey eksperiment se smatra jednim od najvažnijih eksperimenata u proučavanju porijekla života na Zemlji. Primarna analiza je pokazala prisustvo 5 aminokiselina u finalnoj smjesi. Međutim, preciznija reanaliza objavljena 2008. godine pokazala je da je eksperiment rezultirao stvaranjem 22 aminokiseline.
Opis eksperimenta
Sastavljeni aparat se sastojao od dvije tikvice povezane staklenim cijevima u ciklus. Gas koji je punio sistem bila je mešavina metana (CH 4), amonijaka (NH 3), vodonika (H 2) i ugljen monoksida (CO). Jedna boca je do pola bila napunjena vodom, koja je isparavala kada se zagrijala, a vodena para je padala u gornju bocu, gdje su primjenjena električna pražnjenja pomoću elektroda, imitirajući pražnjenja munje na ranoj Zemlji. Kroz ohlađenu cijev, kondenzirana para se vraćala u donju tikvicu, osiguravajući konstantnu cirkulaciju.
Nakon jedne sedmice neprekidnog ciklusa, Miller i Urey su otkrili da je 10-15% ugljika prešlo u organski oblik. Ispostavilo se da je oko 2% ugljika u obliku aminokiselina, pri čemu je glicin najzastupljeniji od njih. Pronađeni su i šećeri, lipidi i prekursori nukleinskih kiselina. Eksperiment je ponovljen nekoliko puta 1953-1954. Miller je koristio dvije verzije aparata, od kojih je jedna tzv. "vulkanski", imao određeno suženje u cijevi, što je dovelo do ubrzanog protoka vodene pare kroz tikvicu za pražnjenje, koja je, po njegovom mišljenju, bolje simulirala vulkansku aktivnost. Zanimljivo je da je ponovna analiza Millerovih uzoraka, koju je 50 godina kasnije izvršio profesor i njegov bivši saradnik Jeffrey Baid (eng. Jeffrey L. Bada) savremenim istraživačkim metodama pronašao 22 aminokiseline u uzorcima iz “vulkanskog” aparata, odnosno mnogo više nego što se mislilo.
Miller i Urey su svoje eksperimente zasnovali na idejama iz 1950-ih o mogućem sastavu Zemljine atmosfere. Nakon svojih eksperimenata, mnogi istraživači su provodili slične eksperimente u različitim modifikacijama. Pokazalo se da čak i male promjene u uvjetima procesa i sastava plinske mješavine (na primjer, dodavanje dušika ili kisika) mogu dovesti do vrlo značajnih promjena kako nastalih organskih molekula tako i efikasnosti procesa njihove sinteze. . Trenutno ostaje otvoreno pitanje mogućeg sastava Zemljine primarne atmosfere. Međutim, vjeruje se da je visoka vulkanska aktivnost tog vremena također doprinijela oslobađanju takvih komponenti kao što su ugljični dioksid (CO 2), dušik, sumporovodik (H 2 S), sumpor dioksid (SO 2).
Kritika zaključaka eksperimenta
Kritiziraju se zaključci o mogućnosti kemijske evolucije, doneseni na osnovu ovog eksperimenta. Glavni argument kritičara je nedostatak jedne kiralnosti u sintetiziranim aminokiselinama. Zaista, nastale aminokiseline bile su gotovo jednaka mješavina stereoizomera, dok je za aminokiseline biološkog porijekla, uključujući i one koje su dio proteina, vrlo karakteristična prevlast jednog od stereoizomera. Iz tog razloga je teška dalja sinteza složenih organskih supstanci koje su u osnovi života direktno iz nastale smjese. Prema kritičarima, iako je sinteza najvažnijih organskih supstanci jasno demonstrirana, dalekosežni zaključak o mogućnosti kemijske evolucije, izvučen direktno iz ovog eksperimenta, nije u potpunosti opravdan.
vidi takođe
Bilješke
Književnost
- MILLER S.L. (maj 1953.). "Proizvodnja aminokiselina u mogućim primitivnim zemaljskim uslovima". Nauka (Njujork, Njujork) 117 (3046): 528–9. PMID 13056598 .
- MILLER SL, UREY HC (juli 1959). "Sinteza organskih jedinjenja na primitivnoj zemlji". Nauka (Njujork, Njujork) 130 (3370): 245–51. PMID 13668555 .
- Lazcano A, Bada JL (jun 2003). "
Miller-Urey eksperiment je poznati klasični eksperiment koji je simulirao hipotetičke uvjete na ranoj Zemlji kako bi se testirala mogućnost kemijske evolucije. Dirigirali su 1953. Stanley Miller i Harold Urey. Aparat dizajniran za eksperiment uključivao je mješavinu plinova koja je odgovarala tadašnjim idejama o sastavu atmosfere rane Zemlje i kroz nju su prolazila električna pražnjenja.
Miller-Urey eksperiment se smatra jednim od najvažnijih eksperimenata u proučavanju porijekla života na Zemlji. Primarna analiza je pokazala prisustvo 5 aminokiselina u finalnoj smjesi. Međutim, preciznija reanaliza objavljena 2008. godine pokazala je da je eksperiment rezultirao stvaranjem 22 aminokiseline.
Opis eksperimenta
Sastavljeni aparat se sastojao od dvije tikvice povezane staklenim cijevima u ciklus. Gas koji je punio sistem bila je mešavina metana (CH 4), amonijaka (NH 3), vodonika (H 2) i ugljen monoksida (CO). Jedna boca je do pola bila napunjena vodom, koja je isparavala kada se zagrijala, a vodena para je padala u gornju bocu, gdje su primjenjena električna pražnjenja pomoću elektroda, imitirajući pražnjenja munje na ranoj Zemlji. Kroz ohlađenu cijev, kondenzirana para se vraćala u donju tikvicu, osiguravajući konstantnu cirkulaciju.
Nakon jedne sedmice neprekidnog ciklusa, Miller i Urey su otkrili da je 10-15% ugljika prešlo u organski oblik. Ispostavilo se da je oko 2% ugljika u obliku aminokiselina, pri čemu je glicin najzastupljeniji od njih. Pronađeni su i šećeri, lipidi i prekursori nukleinskih kiselina. Eksperiment je ponovljen nekoliko puta 1953-1954. Miller je koristio dvije verzije aparata, od kojih je jedna tzv. "vulkanski", imao određeno suženje u cijevi, što je dovelo do ubrzanog protoka vodene pare kroz tikvicu za pražnjenje, koja je, po njegovom mišljenju, bolje simulirala vulkansku aktivnost. Zanimljivo je da je ponovnom analizom Millerovih uzoraka, koju su 50 godina kasnije izvršili profesor i njegov bivši saradnik Jeffrey L. Bada, koristeći savremene istraživačke metode, pronađene 22 aminokiseline u uzorcima iz "vulkanskog" aparata, odnosno mnogo više nego što se ranije smatralo .
Miller i Urey su svoje eksperimente zasnovali na idejama iz 1950-ih o mogućem sastavu Zemljine atmosfere. Nakon svojih eksperimenata, mnogi istraživači su provodili slične eksperimente u različitim modifikacijama. Pokazalo se da čak i male promjene u uvjetima procesa i sastava plinske mješavine (na primjer, dodavanje dušika ili kisika) mogu dovesti do vrlo značajnih promjena kako nastalih organskih molekula tako i efikasnosti procesa njihove sinteze. . Trenutno ostaje otvoreno pitanje mogućeg sastava Zemljine primarne atmosfere. Međutim, vjeruje se da je visoka vulkanska aktivnost tog vremena također doprinijela oslobađanju takvih komponenti kao što su ugljični dioksid (CO 2), dušik, sumporovodik (H 2 S), sumpor dioksid (SO 2).
Kritika zaključaka eksperimenta
Kritiziraju se zaključci o mogućnosti kemijske evolucije, doneseni na osnovu ovog eksperimenta.
Kako postaje jasno, jedan od glavnih argumenata kritičara je nedostatak jedne kiralnosti u sintetiziranim aminokiselinama. Zaista, dobivene aminokiseline bile su gotovo jednaka mješavina stereoizomera, dok je za aminokiseline biološkog porijekla, uključujući i one koje su dio proteina, prilično tipična prevlast jednog od stereoizomera. Iz tog razloga je teška dalja sinteza složenih organskih supstanci koje su u osnovi života direktno iz nastale smjese. Prema kritičarima, iako je sinteza najvažnijih organskih supstanci jasno demonstrirana, dalekosežni zaključak o mogućnosti kemijske evolucije, izvučen direktno iz ovog eksperimenta, nije u potpunosti opravdan.
Mnogo kasnije, 2001. godine, Alan Saghatelyan je pokazao da su samoreplicirajući peptidni sistemi u stanju da efikasno pojačaju molekule određene rotacije u racemskoj mešavini, pokazujući na taj način da prevladavanje jednog od stereoizomera može nastati prirodno. Osim toga, pokazalo se da postoji mogućnost spontane pojave kiralnosti u konvencionalnim kemijskim reakcijama, a poznati su i načini za sintetizaciju niza stereoizomera, uključujući ugljovodonike i aminokiseline, u prisustvu optički aktivnih katalizatora. Međutim, ništa se slično eksplicitno nije dogodilo direktno u ovom eksperimentu.
Problem kiralnosti pokušavaju riješiti na druge načine, posebno kroz teoriju unošenja organske tvari meteoritima.
Biohemičar Robert Shapiro je istakao da su aminokiseline koje su sintetizirali Miller i Urey mnogo manje složene molekule od nukleotida. Najjednostavnija od tih 20 aminokiselina koje su dio prirodnih proteina ima samo dva atoma ugljika, a 17 aminokiselina iz istog skupa ima šest ili više. Aminokiseline i druge molekule koje su sintetizirali Miller i Urey nisu sadržavale više od tri atoma ugljika. A nukleotidi u procesu takvih eksperimenata uopće nisu formirani.
sažetak ostalih prezentacija"Biohemijska evolucija Oparina" - 2) Formiranje u primarnim rezervoarima Zemlje iz akumuliranih organskih jedinjenja biopolimera, lipida, ugljovodonika. Suština hipoteze se svodila na sljedeće... Nastanak života na Zemlji je dug evolucijski proces formiranja žive tvari u dubinama nežive materije. 1) Sinteza početnih organskih jedinjenja iz neorganskih supstanci u uslovima primarne atmosfere primitivne Zemlje. Oparinova teorija. 1894-1980.
"Oparinova hipoteza" - Biografija. Hipoteza o spontanom nastanku života. Hipoteza biohemijske evolucije. Hipoteza o nastanku života na Zemlji AI Oparina. Ugrušci koji se nazivaju kapi koacervata. Biografija A.I. Oparina. engleski biolog. Aleksandar Ivanovič Oparin. Koncept. Živa ćelija. teorija o poreklu života na zemlji. Instalacija od strane Stanley Millera. Formiranje Zemljine atmosfere. Faze nastanka života na Zemlji.
"Teorije biogeneze i abiogeneze" - Odsustvo živih organizama. Teorija spontane generacije. Vrijeme procvata klasične doktrine spontane generacije. Teorija spontane generacije. Crvi. Faze nastanka života na Zemlji. Amino kiseline. Teorija biohemijske evolucije. Zagovornici teorije panspermije. Kreacionizam. Teorije biogeneze i abiogeneze o poreklu žive materije. Demokrit. Engleski biohemičar i genetičar John Haldane. Opišite biohemijsku fazu hemijske evolucije.
"Kemijska evolucija" - hipoteza panspermije. Vanzemaljsko porijeklo mikroorganizama. Hipoteza spontanog nastajanja. Geohronologija. Poznato je oko 8 miliona hemijskih jedinjenja. Geološka istorija Zemlje neodvojiva je od njene biološke evolucije. Hemijska evolucija i biogeneza. Geološka skala. Protostar - Ned. Sunce je grijalo unutrašnjost. Radioaktivnost. Ruski hemičar A.P. Rudenko. Kako se atomski broj povećava, prevalencija elemenata se smanjuje.
"Teorija biohemijske evolucije" - Život je stvorilo natprirodno biće. Formiranje membranske strukture. Hipoteza biohemijske evolucije. Hipoteza koja život smatra rezultatom duge evolucije. Treću fazu karakterizirala je izolacija. Koncentracija tvari u koacervatu opada. Molekule mnogih supstanci. jednostavnih molekula. Prvi primitivni živi organizmi. Dugi filamentni molekuli. "Primarni bujon". Jedna od glavnih karakteristika živih bića je sposobnost umnožavanja.
"Hipoteza biohemijske evolucije" - Proces koji je doveo do pojave života na Zemlji. Poreklo života na zemlji. Primarni bujon. Miller, Stanley Lloyd. Oparin-Haldane teorija. Miller-Urey eksperiment. Razni aspekti. uslova za nastanak života. Hipoteza A. I. Oparina. Koacervatne kapi.
Učitavanje...