Sellest, miks teile ei meeldi katsed, seminaride eelistest, teadusjuhi õilsusest ja elavate esilekerkimisest külma sõja taustal, räägime oma rubriigis "Teaduse ajalugu".
Stanley Miller sündis 1930. aastal juristi ja kooliõpetaja perena. Lapsepõlvest saati armastas poiss lugeda, õppis hästi, armastas loodust, käis skautidega matkamas. Venna järel astus ta nagu temagi California ülikooli keemiat õppima. Olles ülikoolikursuse kergesti läbinud, siirdus ta Chicago ülikooli, mis pakkus talle assistendi kohta (pärast isa surma ei saanud ta enam lihtsalt õppimist lubada). Algas pikk ja raske otsimine edasiseks tööks teema, koha, kus oma teadmisi ja helget meelt rakendada.
Arvestades, et eksperimenteerimine on "tühi, aeganõudev ja mitte eriti oluline" (või võib-olla lihtsalt kulukas), pöördus Miller teoreetiliste probleemide poole. Üks professoritest, kelle töö Milleri tähelepanu köitis, oli Edward Teller, kes uuris keemiliste elementide sünteesi tähtedes.
Stanley Miller, kellest täna räägime, aga "sündis" 1951. aasta sügisel, kui ta hakkas käima juba tollal Nobeli (deuteeriumi avastamise eest) laureaadi professor Harold Urey seminaridel. Selleks ajaks kandis Urey kosmokeemia, tähtede ja planeetide keemiliste elementide evolutsiooni ning tegi oletuse Maa varajase atmosfääri koostise kohta. Ta uskus, et orgaaniliste ainete süntees on võimalik iidse Maa atmosfääriga sarnastes keskkondades. Need ideed paelusid Millerit (niivõrd, et loengute üksikasjad jäid talle meelde aastakümneid hiljem) ja ta liikus oma uurimistööga edasi Ureysse.
Harold Urey
Wikimedia Commons
Seega tegeles Miller probleemiga, mis köitis paljusid teadlasi. William Harvey, Francesco Redi, Louis Pasteur, Lazzaro Spallanzani, Jakob Berzelius, Friedrich Wöhler vaidlesid selle üle, kas elututest asjadest võivad tekkida elusolendid (ja see pole isegi kõik, millest oleme teadusajaloos juba kirjutanud).
Vaidlused ei vaibunud isegi 20. sajandil. Siin andis suure panuse meie kaasmaalane Aleksandr Oparin. 1920. aastatel avaldas ta artikli "Elu tekkest", milles visandas oma teooria elusolendite tekkest "ürgsupist". Oparin väitis, et orgaaniliste ainete esinemine on võimalik piirkondades, kus on suur makromolekulaarsete ühendite kontsentratsioon. Kui sellised tsoonid omandasid kesta, mis neid osaliselt keskkonnast eraldas, muutusid need koacerveeritud tilkadeks – Oparin-Haldane’i teooria põhikontseptsiooniks (umbes samal ajal töötas sarnaseid ideid välja Briti bioloog John Haldane). Nende tilkade sees võivad moodustuda lihtsad orgaanilised ained, millele järgnevad kompleksühendid: valgud, aminohapped. Neelates keskkonnast aineid, võivad tilgad kasvada ja jaguneda.
Aga tagasi Milleri juurde. Tema entusiasm ja soov mingisugune eksperiment korraldada ja teooriat testida ei leidnud algul Jurile sümpaatiat: aspirant ei peaks tundmatusse ronima, parem on teha midagi lihtsamat. Lõpuks professor leebus, kuid andis Millerile aasta aega. Tulemusi ei tule, tuleb teemat muuta.
Miller asus tööle: võttis Urey andmed varajase atmosfääri koostise kohta ja pakkus välja, et elu tekkeks vajalike ühendite sünteesi saab stimuleerida elektrilahendusega (arvatakse, et välk ei olnud Maal haruldane ka aastal. antiikaeg). Seade koosnes kahest klaastorudega ühendatud kolvist. Alumises kolvis oli vedelik, ülemises - gaaside segu: metaan, ammoniaak ja vesinik - ja aur. Elektroodid ühendati ka ülemise kolviga, tekitades elektrilahenduse. Erinevates kohtades seda süsteemi soojendati ja jahutati ning aine ringles pidevalt.
Milleri eksperiment – Urey
Wikimedia Commons
Nädala pärast katse peatati ja jahutatud vedelikuga kolb võeti välja. Miller leidis, et 10-15% süsinikust oli läinud orgaanilisse vormi. Paberkromatograafia abil märkas ta glütsiini (need ilmnesid juba katse teisel päeval), alfa- ja beeta-aminopropioonhappe, asparagiin- ja alfa-aminovõihappe jälgi.
Miller näitas Ureyle neid tagasihoidliku kõlaga, kuid nii tähendusrikkaid tulemusi (need tõestasid orgaaniliste ainete ilmumise võimalust varajase Maa tingimustes) ja teadlased avaldasid need ajakirjas Science, kuigi mitte probleemideta. Autorite hulgas oli kirjas vaid Miller, vastasel juhul, kartis Yuuri, läheb kogu tähelepanu temale, Nobeli preemia laureaadile, mitte avastuse tegelikule autorile.
MOSKVA, 21. jaanuar – RIA Novosti. Ameerika bioloogid on edukalt kordanud üht 20. sajandi keskpaiga kuulsamat eksperimenti, nn Miller-Urey eksperimenti, ning loonud pika keemilise evolutsiooni käigus edukalt mitmete primaarsete aminohapete komplekti kõige lihtsamatest anorgaanilistest ühenditest. ajakirjas JoVE avaldatud artikkel.
Varase universumi planeetide tingimused olid elu tekkeks sobivadKosmilise mikrolaine fooni temperatuur oli 15 miljonit aastat pärast Suurt Pauku kuni 30 kraadi Celsiuse järgi, tänu millele võis planeetidel, kui need tollal eksisteerisid, olla eluks vajalikku vedelat vett.Eric Parker Georgia Tehnoloogiainstituudist Atlantas (USA) püüdis ja tema kolleegid korrata üht orgaanika keemilise evolutsiooni põhietappi Maal, järgides kahe kuulsa maailma biokeemiku – Stanley Milleri ja Harold Urey – jälgedes. .
1950. aastate keskel katsetasid Miller ja Urey eksperimentaalselt ja kinnitasid elu päritolu abiogeneetilise hüpoteesi tõesust, mille alused sõnastas vene bioloog Aleksandr Oparin 1922. aastal.
Miller ja Urey püüdsid luua aminohappeid lihtsatest ühenditest, nagu vesi, ammoniaak, süsinikmonooksiid ja metaan, luues uuesti tingimused, mis valitsesid varajasel Maal. Selleks kuumutasid nad nende ainetega "primaarset puljongit" ja lasid auru läbi kolbi, millesse sisestati elektroodid, ja seejärel jahutasid. Mõne aja pärast hakkasid selles "siirupis" ilmuma aminohapped.
Järgnevatel aastatel kordasid teadlased korduvalt Miller-Urey eksperimenti, kuid nende kasutatud protseduurid olid nende tulemuste täielikuks kontrollimiseks liiga keerulised ja segased. Artikli autorid uurisid Milleri ja Urey katse kirjeldust, lihtsustasid seda ja koostasid video, mis selgitas, kuidas katset läbi viia.
"Meie tulemused näitavad, et aminohapped, elu ehituskivid, võivad tekkida tingimustes, mis valitsesid varajases Maal. Miller ei kutsunud seda katset kordama põhjusel, et tema katseseade võib plahvatada. Kui lugeda kirjeldust tema metoodika, siis ei saa lõpuni selgeks, kuidas katse läbi viidi. Seetõttu oleme huvitatud kolleegidele koostanud ohutu metoodika eksperimendi läbiviimiseks," lõpetab Parker.
Eksperimendi skeem.
Milleri eksperiment – Urey- kuulus klassikaline eksperiment, mille käigus simuleeriti Maa arengu varase perioodi hüpoteetilisi tingimusi, et testida keemilise evolutsiooni võimalikkust. Tegelikult oli see Aleksandr Oparini ja John Haldane'i varem väljendatud hüpoteesi eksperimentaalne test, mille kohaselt ürgsel Maal valitsenud tingimused soodustasid keemilisi reaktsioone, mis võivad viia orgaaniliste molekulide sünteesini anorgaanilistest molekulidest. 1953. aastal dirigeerisid Stanley Miller ja Harold Urey. Katse jaoks kavandatud aparaat sisaldas tolleaegsetele ideedele varajase Maa atmosfääri koostise kohta vastavat gaasisegu ja seda läbinud elektrilahendusi.
Miller-Urey eksperimenti peetakse üheks olulisemaks katseks elu tekke uurimisel Maal. Esmane analüüs näitas 5 aminohappe olemasolu lõplikus segus. 2008. aastal avaldatud täpsem reanalüüs näitas aga, et katse tulemusel tekkis 22 aminohapet.
Katse kirjeldus
Kokkupandud aparaat koosnes kahest kolvist, mis olid tsüklis klaastorudega ühendatud. Süsteemi täitev gaas oli metaani (CH 4), ammoniaagi (NH 3), vesiniku (H 2) ja süsinikmonooksiidi (CO) segu. Üks kolb oli poolenisti täidetud veega, mis kuumutamisel aurustus ja veeaur langes ülemisse kolbi, kus elektroodide abil rakendati elektrilahendusi, imiteerides varajasel Maal välklühinguid. Jahutatud toru kaudu naasis kondenseerunud aur alumisse kolbi, tagades pideva ringluse.
Pärast ühenädalast pidevat rattasõitu avastasid Miller ja Urey, et 10–15% süsinikust oli läinud orgaanilisse vormi. Umbes 2% süsinikust osutus aminohapete kujul, kusjuures glütsiin oli neist kõige rohkem. Samuti on leitud suhkruid, lipiide ja nukleiinhapete prekursoreid. Katset korrati mitu korda aastatel 1953–1954. Miller kasutas aparaadi kahte versiooni, millest üks, nn. "vulkaanilisel" oli torus teatav ahenemine, mis viis veeauru kiirendatud vooluni läbi tühjenduskolbi, mis tema arvates simuleeris paremini vulkaanilist tegevust. Huvitav on see, et Milleri proovide uuesti analüüs, mille viisid 50 aastat hiljem läbi professor ja tema endine kaastöötaja Jeffrey Baid (ingl. Jeffrey L. Bada) leidis tänapäevaste uurimismeetodite abil "vulkaanilise" aparaadi proovidest 22 aminohapet ehk palju rohkem, kui seni arvati.
Miller ja Urey põhinesid oma katsetes 1950. aastatest pärit ideedel Maa atmosfääri võimaliku koostise kohta. Paljud teadlased viisid pärast katseid läbi sarnaseid katseid erinevates modifikatsioonides. Näidati, et isegi väikesed muutused protsessi tingimustes ja gaasisegu koostises (näiteks lämmastiku või hapniku lisamine) võivad põhjustada väga olulisi muutusi nii tekkivates orgaanilistes molekulides kui ka nende sünteesiprotsessi efektiivsuses. . Praegu jääb lahtiseks küsimus Maa primaarse atmosfääri võimaliku koostise kohta. Siiski arvatakse, et tolleaegne kõrge vulkaaniline aktiivsus aitas kaasa ka selliste komponentide nagu süsihappegaas (CO 2), lämmastik, vesiniksulfiid (H 2 S), vääveldioksiid (SO 2) eraldumisele.
Eksperimendi järelduste kriitika
Selle katse põhjal tehtud järeldusi keemilise evolutsiooni võimalikkuse kohta kritiseeritakse. Kriitikute peamine argument on ühe kiraalsuse puudumine sünteesitud aminohapetes. Tõepoolest, saadud aminohapped olid peaaegu võrdne stereoisomeeride segu, samas kui bioloogilist päritolu aminohapete jaoks, sealhulgas nende jaoks, mis on osa valkudest, on ühe stereoisomeeri ülekaal väga iseloomulik. Sel põhjusel on elutegevuse aluseks olevate keeruliste orgaaniliste ainete edasine süntees otse saadud segust keeruline. Kuigi kõige olulisemate orgaaniliste ainete süntees on kriitikute sõnul selgelt tõestatud, ei ole otseselt sellest katsest tehtud kaugeleulatuvad järeldused keemilise evolutsiooni võimalikkuse kohta täielikult õigustatud.
Vaata ka
Märkmed
Kirjandus
- MILLER S.L. (mai 1953). "Aminohapete tootmine võimalikes primitiivsetes maatingimustes". Teadus (New York, N.Y.) 117 (3046): 528–9. PMID 13056598 .
- MILLER SL, UREY HC (juuli 1959). "Orgaaniliste ühendite süntees ürgsel maal". Teadus (New York, N.Y.) 130 (3370): 245–51. PMID 13668555.
- Lazcano A, Bada JL (juuni 2003). "
Miller-Urey eksperiment on kuulus klassikaline eksperiment, mis simuleeris hüpoteetilisi tingimusi varajases Maa peal, et testida keemilise evolutsiooni võimalikkust. 1953. aastal dirigeerisid Stanley Miller ja Harold Urey. Katse jaoks kavandatud aparaat sisaldas tolleaegsetele ideedele varajase Maa atmosfääri koostise kohta vastavat gaasisegu ja seda läbinud elektrilahendusi.
Miller-Urey eksperimenti peetakse üheks olulisemaks katseks elu tekke uurimisel Maal. Esmane analüüs näitas 5 aminohappe olemasolu lõplikus segus. 2008. aastal avaldatud täpsem reanalüüs näitas aga, et katse tulemusel tekkis 22 aminohapet.
Katse kirjeldus
Kokkupandud aparaat koosnes kahest kolvist, mis olid tsüklis klaastorudega ühendatud. Süsteemi täitev gaas oli metaani (CH 4), ammoniaagi (NH 3), vesiniku (H 2) ja süsinikmonooksiidi (CO) segu. Üks kolb oli poolenisti täidetud veega, mis kuumutamisel aurustus ja veeaur langes ülemisse kolbi, kus elektroodide abil rakendati elektrilahendusi, imiteerides varajasel Maal välklühinguid. Jahutatud toru kaudu naasis kondenseerunud aur alumisse kolbi, tagades pideva ringluse.
Pärast ühenädalast pidevat rattasõitu avastasid Miller ja Urey, et 10–15% süsinikust oli läinud orgaanilisse vormi. Umbes 2% süsinikust osutus aminohapete kujul, kusjuures glütsiin oli neist kõige rohkem. Samuti on leitud suhkruid, lipiide ja nukleiinhapete prekursoreid. Katset korrati mitu korda aastatel 1953–1954. Miller kasutas aparaadi kahte versiooni, millest üks, nn. "vulkaanilisel" oli torus teatav ahenemine, mis viis veeauru kiirendatud vooluni läbi tühjenduskolbi, mis tema arvates simuleeris paremini vulkaanilist tegevust. Huvitaval kombel leiti 50 aastat hiljem professori ja tema endise kaastöötaja Jeffrey L. Bada poolt kaasaegsete uurimismeetodite abil Milleri proovide uuesti analüüsimisel "vulkaanilise" aparaadi proovidest 22 aminohapet, st palju rohkem, kui varem arvati. .
Miller ja Urey põhinesid oma katsetes 1950. aastatest pärit ideedel Maa atmosfääri võimaliku koostise kohta. Paljud teadlased viisid pärast katseid läbi sarnaseid katseid erinevates modifikatsioonides. Näidati, et isegi väikesed muutused protsessi tingimustes ja gaasisegu koostises (näiteks lämmastiku või hapniku lisamine) võivad põhjustada väga olulisi muutusi nii tekkivates orgaanilistes molekulides kui ka nende sünteesiprotsessi efektiivsuses. . Praegu jääb lahtiseks küsimus Maa primaarse atmosfääri võimaliku koostise kohta. Siiski arvatakse, et tolleaegne kõrge vulkaaniline aktiivsus aitas kaasa ka selliste komponentide nagu süsihappegaas (CO 2), lämmastik, vesiniksulfiid (H 2 S), vääveldioksiid (SO 2) eraldumisele.
Eksperimendi järelduste kriitika
Selle katse põhjal tehtud järeldusi keemilise evolutsiooni võimalikkuse kohta kritiseeritakse.
Nagu selgub, on kriitikute üks peamisi argumente ühe kiraalsuse puudumine sünteesitud aminohapetes. Tõepoolest, saadud aminohapped olid peaaegu võrdne stereoisomeeride segu, samas kui bioloogilist päritolu aminohapete, sealhulgas valkude hulka kuuluvate aminohapete puhul on ühe stereoisomeeri ülekaal üsna tüüpiline. Sel põhjusel on elutegevuse aluseks olevate keeruliste orgaaniliste ainete edasine süntees otse saadud segust keeruline. Kuigi kõige olulisemate orgaaniliste ainete süntees on kriitikute sõnul selgelt tõestatud, ei ole otseselt sellest katsest tehtud kaugeleulatuvad järeldused keemilise evolutsiooni võimalikkuse kohta täielikult õigustatud.
Palju hiljem, 2001. aastal, näitas Alan Saghatelyan, et isepaljunevad peptiidisüsteemid suudavad ratseemilises segus tõhusalt võimendada teatud rotatsiooniga molekule, näidates seega, et ühe stereoisomeeri ülekaal võib tekkida loomulikult. Lisaks on näidatud, et tavalistes keemilistes reaktsioonides on kiraalsuse spontaanse esinemise võimalus, samuti on teada viise mitmete stereoisomeeride, sealhulgas süsivesinike ja aminohapete sünteesimiseks optiliselt aktiivsete katalüsaatorite juuresolekul. Midagi sellist otseselt selles katses ei toimunud.
Kiraalsuse probleemi püütakse lahendada muul viisil, eelkõige meteoriitide poolt orgaanilise aine sissetoomise teooria kaudu.
Biokeemik Robert Shapiro tõi välja, et Milleri ja Urey sünteesitud aminohapped on palju vähem keerukad molekulid kui nukleotiidid. Lihtsaimas neist 20 aminohappest, mis on osa looduslikest valkudest, on ainult kaks süsinikuaatomit ja samast komplektist pärit 17 aminohappes on kuus või enam. Milleri ja Urey sünteesitud aminohapped ja muud molekulid ei sisaldanud rohkem kui kolme süsinikuaatomit. Ja selliste katsete käigus ei tekkinud nukleotiide üldse.
muude ettekannete kokkuvõte"Opariini biokeemiline evolutsioon" - 2) Tekkimine Maa primaarsetes reservuaarides biopolümeeride, lipiidide, süsivesinike kogunenud orgaanilistest ühenditest. Hüpoteesi olemus taandus järgmisele... Elu tekkimine Maal on pikk evolutsiooniline protsess elusaine tekkeks elutu aine sügavustes. 1) Algsete orgaaniliste ühendite süntees anorgaanilistest ainetest primitiivse Maa primaarse atmosfääri tingimustes. Oparini teooria. 1894-1980.
"Oparini hüpotees" - elulugu. Elu spontaanse tekke hüpotees. Biokeemilise evolutsiooni hüpotees. Hüpotees elu tekke kohta Maal AI Oparina. Trombid, mida nimetatakse koacervaadi tilkadeks. A.I. Oparini elulugu. Inglise bioloog. Aleksander Ivanovitš Oparin. Kontseptsioon. Elav rakk. Maapealse elu tekke teooria. Stanley Milleri paigaldus. Maa atmosfääri teke. Elu tekke etapid Maal.
"Biogeneesi ja abiogeneesi teooriad" - Elusorganismide puudumine. Spontaanse genereerimise teooria. Klassikalise spontaanse põlvkonna doktriini õitseaeg. Spontaanse genereerimise teooria. Ussid. Elu tekke etapid Maal. Aminohapped. Biokeemilise evolutsiooni teooria. Panspermia teooria pooldajad. Kreatsionism. Biogeneesi ja abiogeneesi teooriad elusaine päritolu kohta. Demokritos. Inglise biokeemik ja geneetik John Haldane. Kirjeldage keemilise evolutsiooni biokeemilist etappi.
"Keemiline evolutsioon" - panspermia hüpotees. Mikroorganismide maaväline päritolu. Spontaanse genereerimise hüpotees. Geokronoloogia. Teada on umbes 8 miljonit keemilist ühendit. Maa geoloogiline ajalugu on lahutamatu selle bioloogilisest evolutsioonist. Keemiline evolutsioon ja biogenees. Geoloogiline skaala. Protostar – päike. Päike soojendas sisemust. Radioaktiivsus. Vene keemik A.P. Rudenko. Aatomarvu suurenedes elementide levimus väheneb.
"Biokeemilise evolutsiooni teooria" – elu lõi üleloomulik olend. Membraani struktuuri moodustumine. Biokeemilise evolutsiooni hüpotees. Hüpotees, mis käsitleb elu pika evolutsiooni tulemusena. Kolmandat etappi iseloomustas isolatsioon. Ainete kontsentratsioon koatservaadi tilkades. Paljude ainete molekulid. lihtsad molekulid. Esimesed primitiivsed elusorganismid. Pikad filamentsed molekulid. "Esmane puljong". Elusolendite üks peamisi omadusi on võime paljuneda.
"Biokeemilise evolutsiooni hüpotees" – protsess, mis viis elu tekkeni Maal. Elu tekkimine maa peal. Esmane puljong. Miller, Stanley Lloyd. Oparin-Haldane'i teooria. Miller-Urey eksperiment. Erinevad aspektid. tingimused elu tekkeks. A. I. Oparini hüpotees. Koacervaadi tilgad.
Laadimine...