Arról, hogy miért nem szeretheti a kísérleteket, a szemináriumok előnyeiről, a tudományos vezető nemességéről és az élők megjelenéséről a hidegháború hátterében, a „Tudománytörténet” rovatunkban mesélünk.
Stanley Miller 1930-ban született jogász és iskolai tanár gyermekeként. Gyermekkorától kezdve a fiú szeretett olvasni, jól tanult, szerette a természetet, kirándulni járt cserkészekkel. Testvérét követve belépett a Kaliforniai Egyetemre, akárcsak ő, hogy kémiát tanuljon. Miután könnyen elvégezte az egyetemi tanfolyamot, a Chicagói Egyetemre költözött, ahol asszisztensi állást ajánlottak neki (apja halála után már nem engedhette meg magának, hogy egyszerűen tanuljon). Elkezdődött egy hosszú és nehéz téma keresése a további munkához, ahol tudásukat és elméjüket alkalmazni tudják.
Miller „üresnek, időigényesnek és nem túl fontosnak” (vagy talán csak költségesnek) tekintve a kísérletezést, az elméleti problémákhoz fordult. Az egyik professzor, akinek munkája felkeltette Miller figyelmét, Edward Teller volt, aki a kémiai elemek szintézisét tanulmányozta csillagokban.
Az a Stanley Miller, akiről ma beszélünk, azonban 1951 őszén "született", amikor elkezdett járni a már akkor Nobel-díjas (a deutérium felfedezéséért) Harold Urey professzor szemináriumaira. Urey-t ekkorra magával ragadta a kozmokémia, a csillagok és bolygók kémiai elemeinek evolúciója, és feltételezte a Föld korai légkörének összetételét. Úgy vélte, hogy a szerves anyagok szintézise lehetséges az ősi földi légkörhöz hasonló környezetben. Ezek az ötletek lenyűgözték Millert (annyira, hogy évtizedekkel később is eszébe jutottak az előadások részletei), és Urey-hez nyúlt tovább kutatásaival.
Harold Urey
Wikimedia Commons
Így Miller egy olyan problémával foglalkozott, amely sok tudóst vonzott. William Harvey, Francesco Redi, Louis Pasteur, Lazzaro Spallanzani, Jakob Berzelius, Friedrich Wöhler arról vitatkozott, hogy létrejöhetnek-e élőlények a nem élő dolgokból (és ez még nem minden, amiről a Tudománytörténetben már írtunk).
A vita még a 20. században sem csillapodott. Itt honfitársunk, Alexander Oparin nagyban hozzájárult. Az 1920-as években „Az élet keletkezéséről” című cikket közölt, amelyben felvázolta elméletét az élőlények „őslevesből” való eredetéről. Oparin azt javasolta, hogy szerves anyagok előfordulása lehetséges olyan területeken, ahol magas a makromolekuláris vegyületek koncentrációja. Amikor az ilyen zónák egy héjat kaptak, amely részben elválasztotta őket a környezettől, koacervált cseppekké változtak - ez az Oparin-Haldane elmélet kulcsfogalma (kb. ugyanebben az időben John Haldane brit biológus dolgozott ki hasonló ötleteket). Ezekben a cseppekben egyszerű szerves anyagok képződhetnek, majd összetett vegyületek: fehérjék, aminosavak. A környezetből származó anyagok felszívásával a cseppek növekedhetnek és osztódhatnak.
De térjünk vissza Millerhez. Eleinte lelkesedése és vágya, hogy valamiféle kísérletet szervezzen és teszteljen az elméletet, először nem talált szimpátiát Jurijjal: egy végzős hallgató ne másszon az ismeretlenbe, jobb, ha valami egyszerűbbet csinál. A professzor végül beletörődött, de Millernek adott egy évet. Eredmény nem lesz, témát kell váltani.
Miller nekilátott a munkának: átvette Urey adatait a korai légkör összetételéről, és felvetette, hogy az élet kialakulásához szükséges vegyületek szintézisét elektromos kisüléssel is meg lehetne serkenteni (úgy vélik, hogy a villámlás már 2008-ban sem volt ritka a Földön. antikvitás). A berendezés két üvegcsövekkel összekapcsolt lombikból állt. Az alsó lombikban folyadék, a felsőben gázok: metán, ammónia és hidrogén keveréke és gőz volt. Elektródákat is csatlakoztattak a felső lombikhoz, ami elektromos kisülést hozott létre. Különböző helyeken ezt a rendszert fűtötték és hűtötték, és az anyag folyamatosan keringett.
Miller-kísérlet – Urey
Wikimedia Commons
Egy hét múlva a kísérletet leállítottuk, és a lombikot a lehűtött folyadékkal kivettük. Miller megállapította, hogy a szén 10-15%-a szerves formába került. Papírkromatográfiával glicin (már a kísérlet második napján megjelentek), alfa- és béta-amino-propionsav, aszparaginsav és alfa-aminovajsav nyomait észlelte.
Miller megmutatta Ureynek ezeket a szerényen hangzó, de annyira értelmes eredményeket (bizonyították a szerves anyagok megjelenésének lehetőségét a korai Föld körülményei között), és a tudósok, bár nem problémamentesen, de publikálták őket a Science folyóiratban. A szerzők között csak Miller szerepelt, különben – tartott tőle Yuuri – minden figyelem rá, a Nobel-díjasra irányul, nem pedig a felfedezés valódi szerzőjére.
MOSZKVA, január 21. – RIA Novosztyi. Amerikai biológusok sikeresen megismételték a 20. század közepének egyik leghíresebb kísérletét, az úgynevezett Miller-Urey kísérletet, és egy hosszú kémiai evolúció során sikeresen létrehozták a legegyszerűbb szervetlen vegyületekből több elsődleges aminosav halmazát. a JoVE folyóiratban megjelent cikk.
A korai univerzum bolygóinak körülményei alkalmasak voltak az élet keletkezéséreA kozmikus mikrohullámú háttér hőmérséklete 15 millió évvel az Ősrobbanás után elérte a 30 Celsius-fokot, aminek köszönhetően a bolygók, ha léteztek akkoriban, rendelkezhettek az élethez szükséges folyékony vízzel.Eric Parker, az atlantai Georgia Institute of Technology (USA) munkatársa és kollégái megpróbálták megismételni a szerves anyagok kémiai fejlődésének egyik kulcsfontosságú szakaszát a Földön, a világ két híres biokémikusa, Stanley Miller és Harold Urey nyomdokaiba lépve. .
Az 1950-es évek közepén Miller és Urey kísérleti úton tesztelték és megerősítették az élet keletkezésére vonatkozó abiogenetikus hipotézist, amelynek alapjait Alekszandr Oparin orosz biológus fogalmazta meg 1922-ben.
Miller és Urey egyszerű vegyületekből, például vízből, ammóniából, szén-monoxidból és metánból próbáltak aminosavakat előállítani, újrateremtve a korai Földön uralkodó körülményeket. Ehhez ezekkel az anyagokkal felmelegítették az "elsődleges húslevest", és a gőzt egy lombikon vezették át, amelybe elektródákat helyeztek, majd lehűtötték. Egy idő után aminosavak kezdtek megjelenni ebben a "szirupban".
A következő években a tudósok ismételten megismételték a Miller-Urey kísérletet, de az általuk alkalmazott eljárások túl bonyolultak és zavarosak voltak ahhoz, hogy teljes mértékben ellenőrizzék eredményeiket. A cikk szerzői áttanulmányozták Miller és Urey kísérletének leírását, leegyszerűsítették és videót készítettek a kísérlet végrehajtásáról.
"Eredményeink azt mutatják, hogy aminosavak, az élet építőkövei olyan körülmények között képződhetnek, amelyek a korai Földön uralkodtak. Miller nem kérte a kísérlet megismétlését, mert kísérleti elrendezése felrobbanhat. Ha elolvassa a leírást módszertanát, akkor nem lesz teljesen világos a kísérlet végrehajtásának módja, ezért az érdeklődő kollégák számára elkészítettünk egy biztonságos módszertant a kísérlet lefolytatásához" - zárja Parker.
A kísérlet sémája.
Miller-kísérlet – Urey- egy híres klasszikus kísérlet, amelyben a Föld fejlődésének korai időszakának hipotetikus körülményeit szimulálták a kémiai evolúció lehetőségének tesztelésére. Valójában az Alexander Oparin és John Haldane által korábban megfogalmazott hipotézis kísérleti próbája volt, miszerint a primitív Földön fennálló körülmények kedveztek olyan kémiai reakcióknak, amelyek szerves molekulák szervetlen molekulákból történő szintéziséhez vezethetnek. 1953-ban Stanley Miller és Harold Urey vezényelte. A kísérlethez tervezett berendezés a korai Föld légkörének összetételéről alkotott akkori elképzeléseknek megfelelő gázkeveréket és azon áthaladó elektromos kisüléseket tartalmazta.
A Miller-Urey kísérletet az egyik legfontosabb kísérletnek tekintik a földi élet eredetének vizsgálatában. Az elsődleges analízis 5 aminosav jelenlétét mutatta ki a végső keverékben. Egy 2008-ban publikált pontosabb újraelemzés azonban azt mutatta, hogy a kísérlet 22 aminosav képződését eredményezte.
A kísérlet leírása
Az összeszerelt készülék két, üvegcsövekkel egy ciklusban összekapcsolt lombikból állt. A rendszert kitöltő gáz metán (CH 4), ammónia (NH 3), hidrogén (H 2) és szén-monoxid (CO) keveréke volt. Az egyik lombikot félig megtöltötték vízzel, amely melegítéskor elpárolog, és a vízgőz a felső lombikba esett, ahol elektródák segítségével elektromos kisüléseket alkalmaztak, imitálva a korai Föld villámkisüléseit. Lehűtött csövön keresztül a kondenzált gőz visszatért az alsó lombikba, állandó keringést biztosítva.
Egy hét folyamatos kerékpározás után Miller és Urey azt találta, hogy a szén 10-15%-a szerves formába került. Kiderült, hogy a szén körülbelül 2%-a aminosav formájában van, ezek közül a glicin a legnagyobb mennyiségben. Cukrokat, lipideket és nukleinsav-prekurzorokat is találtak. A kísérletet 1953-1954-ben többször megismételték. Miller a készülék két változatát használta, amelyek közül az egyik, az ún. "vulkáni" volt egy bizonyos szűkület a csőben, ami a vízgőz felgyorsult áramlását eredményezte az ürítő lombikon keresztül, ami véleménye szerint jobban szimulálta a vulkáni tevékenységet. Érdekes módon Miller mintáinak újraelemzése, amelyet 50 évvel később a professzor és korábbi munkatársa, Jeffrey Baid (Eng. Jeffrey L. Bada) modern kutatási módszerekkel 22 aminosavat talált a „vulkáni” apparátusból származó mintákban, vagyis sokkal többet, mint azt korábban gondolták.
Miller és Urey kísérleteiket az 1950-es évekből származó elképzelésekre alapozták a Föld légkörének lehetséges összetételéről. Kísérletei után sok kutató végzett hasonló kísérleteket különféle módosításokkal. Kimutatták, hogy a folyamat körülményeinek és a gázelegy összetételének kismértékű megváltoztatása is (például nitrogén vagy oxigén hozzáadása) igen jelentős változásokhoz vezethet mind a keletkező szerves molekulákban, mind a szintézis folyamatának hatékonyságában. . Jelenleg nyitva marad a Föld elsődleges légkörének lehetséges összetételének kérdése. Úgy gondolják azonban, hogy az akkori nagy vulkáni aktivitás is hozzájárult olyan komponensek felszabadulásához, mint a szén-dioxid (CO 2), nitrogén, hidrogén-szulfid (H 2 S), kén-dioxid (SO 2).
A kísérlet következtetéseinek kritikája
A kémiai evolúció lehetőségére vonatkozó, e kísérlet alapján levont következtetéseket kritizálják. A kritikusok fő érve az egyetlen kiralitás hiánya a szintetizált aminosavakból. Az így kapott aminosavak ugyanis a sztereoizomerek közel egyenlő keverékét alkották, míg a biológiai eredetű aminosavakra, beleértve azokat is, amelyek a fehérjék részét képezik, nagyon jellemző az egyik sztereoizomer túlsúlya. Emiatt az élet alapjául szolgáló összetett szerves anyagok további szintézise közvetlenül a keletkező keverékből nehézkes. A kritikusok szerint bár a legfontosabb szerves anyagok szintézise egyértelműen bizonyított, a kémiai evolúció lehetőségére vonatkozó, közvetlenül ebből a kísérletből levont messzemenő következtetés nem teljesen indokolt.
Lásd még
Megjegyzések
Irodalom
- MILLER S.L. (1953. május). "Aminósav-termelés lehetséges primitív földi körülmények között". Tudomány (New York, NY) 117 (3046): 528–9. PMID 13056598 .
- MILLER SL, UREY HC (1959. július). "Szerves vegyületek szintézise a primitív földön". Tudomány (New York, NY) 130 (3370): 245–51. PMID 13668555.
- Lazcano A, Bada JL (2003. június). "
A Miller-Urey kísérlet egy híres klasszikus kísérlet, amely hipotetikus körülményeket szimulált a korai Földön, hogy tesztelje a kémiai evolúció lehetőségét. 1953-ban Stanley Miller és Harold Urey vezényelte. A kísérlethez tervezett berendezés a korai Föld légkörének összetételéről alkotott akkori elképzeléseknek megfelelő gázkeveréket és azon áthaladó elektromos kisüléseket tartalmazta.
A Miller-Urey kísérletet az egyik legfontosabb kísérletnek tekintik a földi élet eredetének vizsgálatában. Az elsődleges analízis 5 aminosav jelenlétét mutatta ki a végső keverékben. Egy 2008-ban publikált pontosabb újraelemzés azonban azt mutatta, hogy a kísérlet 22 aminosav képződését eredményezte.
A kísérlet leírása
Az összeszerelt készülék két, üvegcsövekkel egy ciklusban összekapcsolt lombikból állt. A rendszert kitöltő gáz metán (CH 4), ammónia (NH 3), hidrogén (H 2) és szén-monoxid (CO) keveréke volt. Az egyik lombikot félig megtöltötték vízzel, amely melegítéskor elpárolog, és a vízgőz a felső lombikba esett, ahol elektródák segítségével elektromos kisüléseket alkalmaztak, imitálva a korai Föld villámkisüléseit. Lehűtött csövön keresztül a kondenzált gőz visszatért az alsó lombikba, állandó keringést biztosítva.
Egy hét folyamatos kerékpározás után Miller és Urey azt találta, hogy a szén 10-15%-a szerves formába került. Kiderült, hogy a szén körülbelül 2%-a aminosav formájában van, ezek közül a glicin a legnagyobb mennyiségben. Cukrokat, lipideket és nukleinsav-prekurzorokat is találtak. A kísérletet 1953-1954-ben többször megismételték. Miller a készülék két változatát használta, amelyek közül az egyik, az ún. "vulkáni" volt egy bizonyos szűkület a csőben, ami a vízgőz felgyorsult áramlását eredményezte az ürítő lombikon keresztül, ami véleménye szerint jobban szimulálta a vulkáni tevékenységet. Érdekes módon Miller mintáinak 50 évvel későbbi újraelemzése, amelyet professzor és korábbi munkatársa, Jeffrey L. Bada végzett modern kutatási módszerekkel, 22 aminosavat talált a „vulkáni” készülékből származó mintákban, vagyis sokkal többet, mint azt korábban gondolták. .
Miller és Urey kísérleteiket az 1950-es évekből származó elképzelésekre alapozták a Föld légkörének lehetséges összetételéről. Kísérletei után sok kutató végzett hasonló kísérleteket különféle módosításokkal. Kimutatták, hogy a folyamat körülményeinek és a gázelegy összetételének kismértékű megváltoztatása is (például nitrogén vagy oxigén hozzáadása) igen jelentős változásokhoz vezethet mind a keletkező szerves molekulákban, mind a szintézis folyamatának hatékonyságában. . Jelenleg nyitva marad a Föld elsődleges légkörének lehetséges összetételének kérdése. Úgy gondolják azonban, hogy az akkori nagy vulkáni aktivitás is hozzájárult olyan komponensek felszabadulásához, mint a szén-dioxid (CO 2), nitrogén, hidrogén-szulfid (H 2 S), kén-dioxid (SO 2).
A kísérlet következtetéseinek kritikája
A kémiai evolúció lehetőségére vonatkozó, e kísérlet alapján levont következtetéseket kritizálják.
Mint világossá válik, a kritikusok egyik fő érve az egyetlen kiralitás hiánya a szintetizált aminosavakból. Valójában a kapott aminosavak a sztereoizomerek majdnem egyenlő keverékét alkották, míg a biológiai eredetű aminosavak esetében, beleértve azokat is, amelyek a fehérjék részét képezik, az egyik sztereoizomer túlsúlya meglehetősen jellemző. Emiatt az élet alapjául szolgáló összetett szerves anyagok további szintézise közvetlenül a keletkező keverékből nehézkes. A kritikusok szerint bár a legfontosabb szerves anyagok szintézise egyértelműen bizonyított, a kémiai evolúció lehetőségére vonatkozó, közvetlenül ebből a kísérletből levont messzemenő következtetés nem teljesen indokolt.
Jóval később, 2001-ben Alan Saghatelyan kimutatta, hogy az önreplikálódó peptidrendszerek képesek hatékonyan amplifikálni egy bizonyos rotációjú molekulákat racém keverékben, így megmutatta, hogy az egyik sztereoizomer túlsúlya természetes úton is létrejöhet. Ezenkívül kimutatták, hogy a hagyományos kémiai reakciókban fennáll a kiralitás spontán előfordulásának lehetősége, és számos sztereoizomer, köztük szénhidrogének és aminosavak, optikailag aktív katalizátorok jelenlétében történő szintetizálásának módjai is ismertek. Ebben a kísérletben azonban semmi ilyesmi nem történt közvetlenül.
A kiralitás problémáját más módon próbálják megoldani, különösen a szerves anyagok meteoritokkal történő bejuttatásának elméletén keresztül.
Robert Shapiro biokémikus rámutatott, hogy a Miller és Urey által szintetizált aminosavak sokkal kevésbé összetett molekulák, mint a nukleotidok. A természetes fehérjék részét képező 20 aminosav közül a legegyszerűbbnek csak két szénatomja van, és 17 aminosav ugyanabból a halmazból hat vagy több. A Miller és Urey által szintetizált aminosavak és más molekulák legfeljebb három szénatomot tartalmaztak. És az ilyen kísérletek során a nukleotidok egyáltalán nem keletkeztek.
egyéb előadások összefoglalója"Az Oparin biokémiai evolúciója" - 2) Képződés a Föld elsődleges tározóiban biopolimerek, lipidek, szénhidrogének felhalmozódott szerves vegyületeiből. A hipotézis lényege a következőkben csapódott le... A földi élet keletkezése az élő anyag kialakulásának hosszú evolúciós folyamata az élettelen anyag mélyén. 1) Kezdeti szerves vegyületek szintézise szervetlen anyagokból a primitív Föld primer légkörének körülményei között. Oparin elmélete. 1894-1980.
"Az Oparin hipotézis" - Életrajz. Az élet spontán keletkezésének hipotézise. A biokémiai evolúció hipotézise. A földi élet eredetének hipotézise AI Oparina. A vérrögök úgynevezett koacervált cseppek. A.I. Oparin életrajza. angol biológus. Alekszandr Ivanovics Oparin. Koncepció. Élő sejt. elmélet a földi élet eredetéről. Telepítés: Stanley Miller. A Föld légkörének kialakulása. A földi élet keletkezésének szakaszai.
"Biogenezis és abiogenezis elméletei" - Élő szervezetek hiánya. A spontán generáció elmélete. A spontán nemzedék klasszikus tanának virágkora. A spontán generáció elmélete. Férgek. A földi élet keletkezésének szakaszai. Aminosavak. A biokémiai evolúció elmélete. A pánspermia elméletének hívei. Kreacionizmus. A biogenezis és abiogenezis elméletei az élő anyag eredetéről. Demokritosz. John Haldane angol biokémikus és genetikus. Ismertesse a kémiai evolúció biokémiai szakaszát!
"Kémiai evolúció" - A Panspermia hipotézise. A mikroorganizmusok földönkívüli eredete. A spontán generáció hipotézise. Geokronológia. Körülbelül 8 millió kémiai vegyület ismert. A Föld geológiai története elválaszthatatlan biológiai evolúciójától. Kémiai evolúció és biogenezis. Geológiai lépték. Protostar – Nap. A nap felmelegítette a belső teret. Radioaktivitás. Orosz vegyész A.P. Rudenko. Az atomszám növekedésével az elemek előfordulása csökken.
"A biokémiai evolúció elmélete" - Az életet egy természetfeletti lény hozta létre. Membránszerkezet kialakulása. A biokémiai evolúció hipotézise. Egy hipotézis, amely az életet egy hosszú evolúció eredményének tekinti. A harmadik szakaszt az elszigeteltség jellemezte. Az anyagok koncentrációja a koacervátumban csökken. Számos anyag molekulái. egyszerű molekulák. Az első primitív élőlények. Hosszú fonalas molekulák. "Elsődleges húsleves". Az élőlények egyik fő jellemzője a replikáció képessége.
"A biokémiai evolúció hipotézise" - A folyamat, amely az élet kialakulásához vezetett a Földön. A földi élet eredete. Elsődleges húsleves. Miller, Stanley Lloyd. Oparin-Haldane elmélet. Miller-Urey kísérlet. Különféle szempontok. az élet keletkezésének feltételei. A. I. Oparin hipotézise. Koacervált cseppek.
Betöltés...