Sur pourquoi on ne peut pas aimer les expériences, sur les bienfaits des séminaires, la noblesse d'un leader scientifique et l'émergence du vivant sur fond de guerre froide, on raconte dans notre rubrique « Histoire des sciences ».
Stanley Miller est né en 1930 d'un avocat et professeur d'école. Depuis son enfance, le garçon aimait lire, étudiait bien, aimait la nature, faisait des randonnées avec des scouts. A la suite de son frère, il entre à l'Université de Californie, tout comme lui, pour étudier la chimie. Ayant facilement réussi le cursus universitaire, il s'installe à l'Université de Chicago, qui lui propose un poste d'assistant (après la mort de son père, il ne peut plus se permettre de se contenter d'étudier). Commence alors une longue et difficile recherche d'un sujet de travail ultérieur, d'un lieu où appliquer leurs connaissances et leur esprit brillant.
Considérant l'expérimentation comme « vide, chronophage et peu importante » (ou peut-être simplement coûteuse), Miller s'est tourné vers des problèmes théoriques. L'un des professeurs dont les travaux ont attiré l'attention de Miller était Edward Teller, qui a étudié la synthèse des éléments chimiques dans les étoiles.
Cependant, le Stanley Miller dont nous parlons aujourd'hui est "né" à l'automne 1951, lorsqu'il a commencé à assister aux séminaires du professeur Harold Urey, déjà à l'époque lauréat du prix Nobel (pour la découverte du deutérium). Urey à cette époque a été emporté par la cosmochimie, l'évolution des éléments chimiques dans les étoiles et les planètes, et a fait une hypothèse sur la composition de l'atmosphère primitive de la Terre. Il croyait que la synthèse de substances organiques est possible dans des environnements similaires à l'ancienne atmosphère terrestre. Ces idées ont fasciné Miller (à tel point qu'il s'est souvenu des détails des conférences des décennies plus tard) et il a poursuivi ses recherches vers Urey.
Harold Urey
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Ainsi, Miller s'est attaqué à un problème qui a attiré de nombreux scientifiques. William Harvey, Francesco Redi, Louis Pasteur, Lazzaro Spallanzani, Jakob Berzelius, Friedrich Wöhler se sont demandé si des êtres vivants pouvaient provenir d'êtres non vivants (et ce n'est même pas tout ce que nous avons déjà écrit dans l'Histoire des sciences).
La controverse ne s'est pas apaisée même au XXe siècle. Ici, notre compatriote Alexander Oparin a apporté une grande contribution. Dans les années 1920, il publie un article "Sur l'origine de la vie", dans lequel il expose sa théorie de l'origine des êtres vivants à partir de la "soupe primordiale". Oparin a suggéré que la présence de substances organiques est possible dans les zones à forte concentration de composés macromoléculaires. Lorsque ces zones ont acquis une coquille qui les séparait partiellement de l'environnement, elles se sont transformées en gouttes coacervat - le concept clé de la théorie Oparin-Haldane (à peu près au même moment, des idées similaires ont été développées par le biologiste britannique John Haldane). À l'intérieur de ces gouttes, des substances organiques simples peuvent se former, suivies de composés complexes : protéines, acides aminés. En absorbant des substances de l'environnement, les gouttelettes peuvent croître et se diviser.
Mais revenons à Miller. Au début, son enthousiasme et son désir d'organiser une sorte d'expérience et de tester la théorie n'ont pas trouvé la sympathie de Yuri au début: un étudiant diplômé ne devrait pas grimper dans l'inconnu, il vaut mieux faire quelque chose de plus simple. À la fin, le professeur a cédé, mais a donné un an à Miller. Il n'y aura pas de résultat, il faudra changer de sujet.
Miller se mit au travail : il prit les données d'Urey sur la composition de l'atmosphère primitive et suggéra que la synthèse des composés nécessaires à l'émergence de la vie pouvait être stimulée par une décharge électrique (on pense que la foudre n'était pas rare sur Terre même en antiquité). L'installation se composait de deux flacons reliés par des tubes de verre. Dans le ballon inférieur, il y avait un liquide, dans le supérieur - un mélange de gaz: méthane, ammoniac et hydrogène - et de la vapeur. Des électrodes ont également été connectées au ballon supérieur, créant une décharge électrique. À différents endroits, ce système était chauffé et refroidi, et la substance circulait en continu.
Expérience de Miller - Urey
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Au bout d'une semaine, l'expérience a été arrêtée et le flacon contenant le liquide refroidi a été retiré. Miller a découvert que 10 à 15 % du carbone était passé sous forme organique. En utilisant la chromatographie sur papier, il a remarqué des traces de glycine (elles sont déjà apparues le deuxième jour de l'expérience), d'acide alpha- et bêta-aminopropionique, d'acides aspartique et alpha-aminobutyrique.
Miller a montré à Urey ces résultats modestes mais tellement significatifs (ils ont prouvé la possibilité de l'apparition de matières organiques dans les conditions de la Terre primitive), et les scientifiques, bien que non sans problèmes, les ont publiés dans la revue Science. Seul Miller figurait parmi les auteurs, sinon, craignait Yuuri, toute l'attention irait vers lui, le lauréat du prix Nobel, et non vers le véritable auteur de la découverte.
MOSCOU, 21 janvier - RIA Novosti. Des biologistes américains ont reproduit avec succès l'une des expériences les plus célèbres du milieu du XXe siècle, l'expérience dite de Miller-Urey, et ont recréé avec succès un ensemble de plusieurs acides aminés primaires à partir des composés inorganiques les plus simples au cours d'une longue évolution chimique, selon un article publié dans la revue JoVE.
Les conditions sur les planètes de l'univers primitif convenaient à l'origine de la vieLa température du fond diffus cosmologique 15 millions d'années après le Big Bang atteignait 30 degrés Celsius, grâce à quoi les planètes, si elles existaient à cette époque, pouvaient avoir l'eau liquide nécessaire à la vie.Eric Parker du Georgia Institute of Technology d'Atlanta (USA) et ses collègues ont tenté de répéter l'une des étapes clés de l'évolution chimique des matières organiques sur Terre, en suivant les traces de deux célèbres biochimistes du monde - Stanley Miller et Harold Urey .
Au milieu des années 1950, Miller et Urey ont expérimentalement testé et confirmé la véracité de l'hypothèse abiogénétique de l'origine de la vie, dont les fondements ont été formulés par le biologiste russe Alexander Oparin en 1922.
Miller et Urey ont essayé de créer des acides aminés à partir de composés simples tels que l'eau, l'ammoniac, le monoxyde de carbone et le méthane, recréant les conditions qui prévalaient sur la Terre primitive. Pour ce faire, ils ont chauffé le "bouillon primaire" avec ces substances et ont fait passer la vapeur à travers un ballon dans lequel des électrodes ont été insérées, puis l'ont refroidi. Après un certain temps, des acides aminés ont commencé à apparaître dans ce "sirop".
Au cours des années suivantes, les scientifiques ont répété à plusieurs reprises l'expérience Miller-Urey, mais les procédures qu'ils ont utilisées étaient trop complexes et déroutantes pour vérifier pleinement leurs résultats. Les auteurs de l'article ont étudié la description de l'expérience de Miller et Urey, l'ont simplifiée et ont préparé une vidéo expliquant comment mener l'expérience.
"Nos résultats montrent que les acides aminés, les éléments constitutifs de la vie, peuvent se former dans les conditions qui prévalaient sur la Terre primitive. Miller n'a pas appelé à répéter cette expérience car son dispositif expérimental pourrait exploser. Si vous lisez la description de sa méthodologie, alors il ne sera pas tout à fait clair comment l'expérience a été réalisée. Par conséquent, nous avons préparé une méthodologie sûre pour mener l'expérience pour les collègues intéressés ", conclut Parker.
Schéma de l'expérience.
Expérience de Miller - Urey- une célèbre expérience classique dans laquelle des conditions hypothétiques de la première période du développement de la Terre ont été simulées pour tester la possibilité d'une évolution chimique. En fait, il s'agissait d'un test expérimental de l'hypothèse, précédemment exprimée par Alexander Oparin et John Haldane, selon laquelle les conditions qui existaient sur la Terre primitive favorisaient des réactions chimiques pouvant conduire à la synthèse de molécules organiques à partir de molécules inorganiques. Dirigé en 1953 par Stanley Miller et Harold Urey. L'appareil conçu pour l'expérience comprenait un mélange de gaz correspondant aux idées d'alors sur la composition de l'atmosphère de la Terre primitive, et des décharges électriques la traversaient.
L'expérience Miller-Urey est considérée comme l'une des expériences les plus importantes dans l'étude de l'origine de la vie sur Terre. L'analyse primaire a montré la présence de 5 acides aminés dans le mélange final. Cependant, une réanalyse plus précise publiée en 2008 a montré que l'expérience avait entraîné la formation de 22 acides aminés.
Description de l'expérience
L'appareil assemblé se composait de deux flacons reliés par des tubes de verre dans un cycle. Le gaz remplissant le système était un mélange de méthane (CH 4), d'ammoniac (NH 3), d'hydrogène (H 2) et de monoxyde de carbone (CO). Un ballon était à moitié rempli d'eau, qui s'évaporait lorsqu'elle était chauffée et la vapeur d'eau tombait dans le ballon supérieur, où des décharges électriques étaient appliquées à l'aide d'électrodes, imitant les décharges de foudre sur la Terre primitive. À travers un tube refroidi, la vapeur condensée est renvoyée dans le ballon inférieur, assurant une circulation constante.
Après une semaine de cycle continu, Miller et Urey ont découvert que 10 à 15 % du carbone étaient passés sous forme organique. Environ 2% du carbone s'est avéré être sous forme d'acides aminés, la glycine étant la plus abondante d'entre eux. Des sucres, des lipides et des précurseurs d'acide nucléique ont également été trouvés. L'expérience a été répétée plusieurs fois en 1953-1954. Miller a utilisé deux versions de l'appareil, dont l'une, la soi-disant. "volcanique", présentait une certaine constriction dans le tube, ce qui entraînait un écoulement accéléré de vapeur d'eau à travers le ballon de décharge, ce qui, à son avis, simulait mieux l'activité volcanique. Fait intéressant, une réanalyse des échantillons de Miller, menée 50 ans plus tard par le professeur et son ancien collaborateur Jeffrey Bade (eng. Jeffrey L. Bada) en utilisant des méthodes de recherche modernes, a trouvé 22 acides aminés dans des échantillons de l'appareil "volcanique", c'est-à-dire beaucoup plus qu'on ne le pensait auparavant.
Miller et Urey ont basé leurs expériences sur des idées des années 1950 sur la composition possible de l'atmosphère terrestre. Après leurs expériences, de nombreux chercheurs ont mené des expériences similaires dans diverses modifications. Il a été démontré que même de petits changements dans les conditions du processus et la composition du mélange gazeux (par exemple, l'ajout d'azote ou d'oxygène) pouvaient entraîner des changements très importants à la fois dans les molécules organiques résultantes et dans l'efficacité du processus de leur synthèse. . A l'heure actuelle, la question de la composition possible de l'atmosphère primaire de la Terre reste ouverte. Cependant, on pense que la forte activité volcanique de cette époque a également contribué à la libération de composants tels que le dioxyde de carbone (CO 2), l'azote, le sulfure d'hydrogène (H 2 S), le dioxyde de soufre (SO 2).
Critique des conclusions de l'expérience
Les conclusions sur la possibilité d'une évolution chimique, tirées de cette expérience, sont critiquées. Le principal argument des critiques est l'absence d'une seule chiralité dans les acides aminés synthétisés. En effet, les acides aminés obtenus étaient un mélange presque égal de stéréoisomères, alors que pour les acides aminés d'origine biologique, y compris ceux qui font partie des protéines, la prédominance de l'un des stéréoisomères est très caractéristique. Pour cette raison, la synthèse ultérieure de substances organiques complexes sous-jacentes à la vie directement à partir du mélange résultant est difficile. Selon les critiques, bien que la synthèse des substances organiques les plus importantes ait été clairement démontrée, la conclusion de grande envergure sur la possibilité d'une évolution chimique, tirée directement de cette expérience, n'est pas pleinement justifiée.
voir également
Remarques
Littérature
- MILLER S.L. (mai 1953). "Une production d'acides aminés dans d'éventuelles conditions terrestres primitives". Sciences (New York, NY) 117 (3046): 528–9. PMID 13056598 .
- MILLER SL, UREY HC (juillet 1959). "Synthèse de composés organiques sur la terre primitive". Sciences (New York, NY) 130 (3370): 245–51. PMID 13668555 .
- Lazcano A, Bada JL (juin 2003). "
L'expérience Miller-Urey est une expérience classique célèbre qui a simulé des conditions hypothétiques au début de la Terre pour tester la possibilité d'une évolution chimique. Dirigé en 1953 par Stanley Miller et Harold Urey. L'appareil conçu pour l'expérience comprenait un mélange de gaz correspondant aux idées d'alors sur la composition de l'atmosphère de la Terre primitive, et des décharges électriques la traversaient.
L'expérience Miller-Urey est considérée comme l'une des expériences les plus importantes dans l'étude de l'origine de la vie sur Terre. L'analyse primaire a montré la présence de 5 acides aminés dans le mélange final. Cependant, une réanalyse plus précise publiée en 2008 a montré que l'expérience avait entraîné la formation de 22 acides aminés.
Description de l'expérience
L'appareil assemblé se composait de deux flacons reliés par des tubes de verre dans un cycle. Le gaz remplissant le système était un mélange de méthane (CH 4), d'ammoniac (NH 3), d'hydrogène (H 2) et de monoxyde de carbone (CO). Un ballon était à moitié rempli d'eau, qui s'évaporait lorsqu'elle était chauffée et la vapeur d'eau tombait dans le ballon supérieur, où des décharges électriques étaient appliquées à l'aide d'électrodes, imitant les décharges de foudre sur la Terre primitive. À travers un tube refroidi, la vapeur condensée est renvoyée dans le ballon inférieur, assurant une circulation constante.
Après une semaine de cycle continu, Miller et Urey ont découvert que 10 à 15 % du carbone étaient passés sous forme organique. Environ 2% du carbone s'est avéré être sous forme d'acides aminés, la glycine étant la plus abondante d'entre eux. Des sucres, des lipides et des précurseurs d'acides nucléiques ont également été trouvés. L'expérience a été répétée plusieurs fois en 1953-1954. Miller a utilisé deux versions de l'appareil, dont l'une, la soi-disant. "volcanique", présentait une certaine constriction dans le tube, ce qui entraînait un écoulement accéléré de vapeur d'eau à travers le ballon de décharge, ce qui, à son avis, simulait mieux l'activité volcanique. Fait intéressant, une réanalyse des échantillons de Miller, menée 50 ans plus tard par le professeur et son ancien collaborateur Jeffrey L. Bada, en utilisant des méthodes de recherche modernes, a trouvé 22 acides aminés dans des échantillons de l'appareil "volcanique", c'est-à-dire beaucoup plus que ce qui était considéré auparavant. .
Miller et Urey ont basé leurs expériences sur des idées des années 1950 sur la composition possible de l'atmosphère terrestre. Après leurs expériences, de nombreux chercheurs ont mené des expériences similaires dans diverses modifications. Il a été démontré que même de petits changements dans les conditions du processus et la composition du mélange gazeux (par exemple, l'ajout d'azote ou d'oxygène) pouvaient entraîner des changements très importants à la fois dans les molécules organiques résultantes et dans l'efficacité du processus de leur synthèse. . A l'heure actuelle, la question de la composition possible de l'atmosphère primaire de la Terre reste ouverte. Cependant, on pense que la forte activité volcanique de cette époque a également contribué à la libération de composants tels que le dioxyde de carbone (CO 2), l'azote, le sulfure d'hydrogène (H 2 S), le dioxyde de soufre (SO 2).
Critique des conclusions de l'expérience
Les conclusions sur la possibilité d'une évolution chimique, tirées de cette expérience, sont critiquées.
Comme il devient clair, l'un des principaux arguments des critiques est l'absence d'une seule chiralité dans les acides aminés synthétisés. En effet, les acides aminés obtenus étaient un mélange presque égal de stéréoisomères, alors que pour les acides aminés d'origine biologique, y compris ceux faisant partie des protéines, la prédominance de l'un des stéréoisomères est assez typique. Pour cette raison, la synthèse ultérieure de substances organiques complexes sous-jacentes à la vie directement à partir du mélange résultant est difficile. Selon les critiques, bien que la synthèse des substances organiques les plus importantes ait été clairement démontrée, la conclusion de grande envergure sur la possibilité d'une évolution chimique, tirée directement de cette expérience, n'est pas pleinement justifiée.
Bien plus tard, en 2001, Alan Saghatelyan a montré que les systèmes peptidiques autoréplicatifs étaient capables d'amplifier efficacement des molécules d'une certaine rotation dans un mélange racémique, montrant ainsi que la prédominance de l'un des stéréoisomères pouvait survenir naturellement. De plus, il a été démontré qu'il existe une possibilité d'apparition spontanée de chiralité dans les réactions chimiques conventionnelles, et il existe également des moyens connus pour synthétiser un certain nombre de stéréoisomères, y compris des hydrocarbures et des acides aminés, en présence de catalyseurs optiquement actifs. Cependant, rien de tel ne s'est produit explicitement directement dans cette expérience.
Ils tentent de résoudre le problème de la chiralité par d'autres moyens, notamment par la théorie de l'introduction de matière organique par les météorites.
Le biochimiste Robert Shapiro a souligné que les acides aminés synthétisés par Miller et Urey sont des molécules beaucoup moins complexes que les nucléotides. Le plus simple de ces 20 acides aminés qui font partie des protéines naturelles n'a que deux atomes de carbone, et 17 acides aminés du même ensemble en ont six ou plus. Les acides aminés et autres molécules synthétisées par Miller et Urey ne contenaient pas plus de trois atomes de carbone. Et les nucléotides au cours de telles expériences ne se sont jamais formés du tout.
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