Apie tai, kodėl negali mėgti eksperimentų, apie seminarų naudą, mokslo lyderio kilnumą ir gyvųjų atsiradimą Šaltojo karo fone, pasakojame savo rubrikoje „Mokslo istorija“.
Stenlis Milleris gimė 1930 m. teisininko ir mokyklos mokytojo šeimoje. Nuo vaikystės berniukas mėgo skaityti, gerai mokėsi, mėgo gamtą, ėjo į žygius su skautais. Po brolio jis, kaip ir jis, įstojo į Kalifornijos universitetą studijuoti chemijos. Nesunkiai išlaikęs universiteto kursą, jis persikėlė į Čikagos universitetą, kuris jam pasiūlė asistento vietą (po tėvo mirties jis nebegalėjo sau leisti tiesiog mokytis). Prasidėjo ilgos ir sunkios temos tolimesniam darbui, vietos, kur pritaikyti savo žinias ir šviesų protą, paieškos.
Manydamas, kad eksperimentavimas yra „tuščias, daug laiko reikalaujantis ir nelabai svarbus“ (o gal tiesiog brangus), Milleris kreipėsi į teorines problemas. Vienas iš profesorių, kurio darbai patraukė Millerio dėmesį, buvo Edvardas Telleris, tyrinėjęs cheminių elementų sintezę žvaigždėse.
Tačiau Stenlis Mileris, apie kurį šiandien kalbame, „gimė“ 1951 metų rudenį, kai pradėjo lankyti profesoriaus Haroldo Urey, jau tuo metu Nobelio premijos laureato (už deuterio atradimą), seminarus. Tuo metu Urey buvo nuneštas kosmochemijos, cheminių elementų evoliucijos žvaigždėse ir planetose ir padarė prielaidą apie ankstyvosios Žemės atmosferos sudėtį. Jis tikėjo, kad organinių medžiagų sintezė įmanoma aplinkoje, panašioje į senovės žemės atmosferą. Šios idėjos sužavėjo Millerį (tiek, kad po dešimtmečių jis prisiminė paskaitų detales), ir jis tęsė savo tyrimus iki Urey.
Haroldas Urey
Wikimedia Commons
Taigi Milleris sprendė problemą, kuri pritraukė daug mokslininkų. William Harvey, Francesco Redi, Louis Pasteur, Lazzaro Spallanzani, Jakob Berzelius, Friedrich Wöhler ginčijosi, ar gyvi daiktai gali atsirasti iš negyvų dalykų (ir tai net ne viskas, apie ką jau rašėme Mokslo istorijoje).
Ginčai nenutilo net XX a. Čia didelį indėlį įnešė mūsų tautietis Aleksandras Oparinas. 20-ajame dešimtmetyje jis paskelbė straipsnį „Apie gyvybės kilmę“, kuriame išdėstė savo teoriją apie gyvų būtybių atsiradimą iš „pirminės sriubos“. Oparinas pasiūlė, kad organinių medžiagų atsiradimas yra įmanomas vietovėse, kuriose yra didelė makromolekulinių junginių koncentracija. Kai tokios zonos įgavo jas iš dalies nuo aplinkos atskyrusį apvalkalą, jos virto koacerviniais lašais – pagrindine Oparino-Haldane'o teorijos koncepcija (maždaug tuo pačiu metu panašias idėjas sukūrė britų biologas Johnas Haldane'as). Šių lašų viduje gali susidaryti paprastos organinės medžiagos, po kurių – kompleksiniai junginiai: baltymai, aminorūgštys. Sugerdami medžiagas iš aplinkos, lašeliai gali augti ir dalytis.
Bet grįžkime prie Millerio. Iš pradžių jo entuziazmas ir noras surengti kokį nors eksperimentą ir pasitikrinti teoriją Jurijui iš pradžių nesulaukė simpatijų: abiturientas neturėtų lipti į nežinią, geriau, jei padarys ką nors paprastesnio. Galų gale profesorius nusileido, bet davė Milleriui metus. Rezultatų nebus, temą teks keisti.
Milleris ėmėsi darbo: perėmė Urey duomenis apie ankstyvosios atmosferos sudėtį ir pasiūlė, kad gyvybei atsirasti reikalingų junginių sintezę galėtų paskatinti elektros iškrova (manoma, kad žaibas Žemėje nebuvo neįprastas net m. antika). Sąranką sudarė dvi kolbos, sujungtos stikliniais vamzdeliais. Apatinėje kolboje buvo skystis, viršutinėje – dujų: metano, amoniako ir vandenilio – ir garų mišinys. Elektrodai taip pat buvo prijungti prie viršutinės kolbos, sukuriant elektros iškrovą. Įvairiose vietose ši sistema buvo šildoma ir vėsinama, o medžiaga nuolat cirkuliavo.
Millerio eksperimentas – Urey
Wikimedia Commons
Po savaitės eksperimentas buvo sustabdytas, o kolba su atvėsusiu skysčiu buvo išimta. Milleris nustatė, kad 10–15% anglies pateko į organinę formą. Popierinės chromatografijos būdu pastebėjo glicino pėdsakus (jie atsirado jau antrą eksperimento dieną), alfa ir beta aminopropiono rūgšties, asparto ir alfa aminosviesto rūgščių pėdsakus.
Milleris parodė Urey šiuos kukliai skambančius, bet tokius reikšmingus rezultatus (jie įrodė organinių medžiagų atsiradimo galimybę ankstyvosios Žemės sąlygomis), o mokslininkai, nors ir ne be problemų, paskelbė juos žurnale Science. Tarp autorių buvo įrašytas tik Milleris, kitaip, baiminosi Yuuri, visas dėmesys atiteks jam, Nobelio premijos laureatui, o ne tikrajam atradimo autoriui.
MASKVA, sausio 21 d. – RIA Novosti. Amerikos biologai sėkmingai atkartojo vieną garsiausių XX amžiaus vidurio eksperimentų, vadinamąjį Miller-Urey eksperimentą, ir per ilgą cheminę evoliuciją sėkmingai atkūrė kelių pirminių aminorūgščių rinkinį iš paprasčiausių neorganinių junginių. žurnale JoVE publikuotas straipsnis.
Ankstyvosios visatos planetų sąlygos buvo tinkamos gyvybės atsiradimuiKosminio mikrobangų fono temperatūra praėjus 15 milijonų metų po Didžiojo sprogimo siekė iki 30 laipsnių Celsijaus, dėl to planetos, jeigu jos tuo metu egzistavo, galėjo turėti gyvybei reikalingo skysto vandens.Ericas Parkeris iš Džordžijos technologijos instituto Atlantoje (JAV) ir jo kolegos bandė pakartoti vieną iš pagrindinių organinių medžiagų cheminės evoliucijos Žemėje etapų, sekdami dviejų garsių pasaulio biochemikų – Stanley Millerio ir Haroldo Urey – pėdomis. .
Penktojo dešimtmečio viduryje Milleris ir Urey eksperimentiškai patikrino ir patvirtino abiogenetinės gyvybės kilmės hipotezės, kurios pagrindus 1922 m. suformulavo rusų biologas Aleksandras Oparinas, teisingumą.
Milleris ir Urey bandė sukurti aminorūgštis iš paprastų junginių, tokių kaip vanduo, amoniakas, anglies monoksidas ir metanas, atkurdami ankstyvojoje Žemėje vyravusias sąlygas. Tam jie šiomis medžiagomis pakaitindavo „pirminį sultinį“ ir leisdavo garus per kolbą, į kurią buvo įkišti elektrodai, o po to atvėsino. Po kurio laiko šiame „sirupe“ pradėjo atsirasti amino rūgščių.
Vėlesniais metais mokslininkai pakartotinai kartojo Miller-Urey eksperimentą, tačiau jų naudojamos procedūros buvo pernelyg sudėtingos ir painios, kad būtų galima visiškai patikrinti jų rezultatus. Straipsnio autoriai išstudijavo Millerio ir Urey eksperimento aprašymą, jį supaprastino ir parengė vaizdo įrašą, paaiškinantį, kaip atlikti eksperimentą.
"Mūsų rezultatai rodo, kad aminorūgštys, gyvybės statybinės medžiagos, gali susidaryti tokiomis sąlygomis, kokios vyravo ankstyvojoje Žemėje. Milleris neragino kartoti šio eksperimento dėl to, kad jo eksperimentinė sąranka gali sprogti. Jei perskaitysite aprašymą jo metodiką, tuomet nebus iki galo aišku, kaip buvo atliktas eksperimentas.Todėl suinteresuotiems kolegoms parengėme saugią eksperimento atlikimo metodiką“, – apibendrina Parkeris.
Eksperimento schema.
Millerio eksperimentas – Urey– garsus klasikinis eksperimentas, kurio metu buvo imituojamos hipotetinės ankstyvojo Žemės vystymosi laikotarpio sąlygos, siekiant patikrinti cheminės evoliucijos galimybę. Tiesą sakant, tai buvo eksperimentinis Aleksandro Oparino ir Johno Haldane'o anksčiau išsakytos hipotezės, kad primityvioje Žemėje egzistavusios sąlygos palankios cheminėms reakcijoms, galinčioms sukelti organinių molekulių sintezę iš neorganinių, bandymas. 1953 m. dirigavo Stanley Milleris ir Haroldas Urey. Eksperimentui suprojektuotame aparate buvo dujų mišinys, atitinkantis tuometines idėjas apie ankstyvosios Žemės atmosferos sudėtį, ir per ją praeinančios elektros iškrovos.
Miller-Urey eksperimentas laikomas vienu iš svarbiausių eksperimentų tiriant gyvybės kilmę Žemėje. Pirminė analizė parodė, kad galutiniame mišinyje yra 5 aminorūgštys. Tačiau 2008 m. paskelbta tikslesnė pakartotinė analizė parodė, kad eksperimento metu susidarė 22 aminorūgštys.
Eksperimento aprašymas
Surinktą aparatą sudarė dvi kolbos, sujungtos stikliniais vamzdeliais ciklu. Dujos, užpildančios sistemą, buvo metano (CH 4), amoniako (NH 3), vandenilio (H 2) ir anglies monoksido (CO) mišinys. Viena kolba buvo iki pusės pripildyta vandens, kuris kaitinant išgaravo ir vandens garai nukrito į viršutinę kolbą, kur naudojant elektrodus buvo taikomos elektros iškrovos, imituojančios žaibo išlydžius ankstyvojoje Žemėje. Per atšaldytą vamzdelį kondensuoti garai grįžo į apatinę kolbą, užtikrindami nuolatinę cirkuliaciją.
Po vienos savaitės nepertraukiamo važiavimo dviračiu Milleris ir Urey nustatė, kad 10–15 % anglies pateko į organinę formą. Paaiškėjo, kad apie 2% anglies yra aminorūgščių pavidalu, o glicinas yra gausiausias iš jų. Taip pat buvo rasta cukrų, lipidų ir nukleorūgščių pirmtakų. Eksperimentas buvo pakartotas keletą kartų 1953–1954 m. Milleris naudojo dvi aparato versijas, iš kurių viena, vadinamoji. „vulkaninis“, turėjo tam tikrą susiaurėjimą vamzdyje, dėl kurio paspartėjo vandens garų tekėjimas per išleidimo kolbą, o tai, jo nuomone, geriau imitavo vulkaninį aktyvumą. Įdomu tai, kad Millerio mėginių pakartotinė analizė, kurią po 50 metų atliko profesorius ir buvęs jo bendradarbis Jeffrey Bade'as (angl. Jeffrey L. Bada) naudojant šiuolaikinius tyrimo metodus, „vulkaninio“ aparato mėginiuose rado 22 aminorūgštis, tai yra daug daugiau, nei manyta anksčiau.
Milleris ir Urey savo eksperimentus grindė šeštojo dešimtmečio idėjomis apie galimą Žemės atmosferos sudėtį. Po eksperimentų daugelis tyrėjų atliko panašius įvairių modifikacijų eksperimentus. Buvo įrodyta, kad net ir nedideli proceso sąlygų ir dujų mišinio sudėties pokyčiai (pavyzdžiui, azoto ar deguonies pridėjimas) gali lemti labai reikšmingus tiek susidarančių organinių molekulių, tiek jų sintezės proceso efektyvumo pokyčius. . Šiuo metu klausimas dėl galimos pirminės Žemės atmosferos sudėties lieka atviras. Tačiau manoma, kad didelis to meto vulkaninis aktyvumas prisidėjo ir prie tokių komponentų kaip anglies dioksido (CO 2), azoto, sieros vandenilio (H 2 S), sieros dioksido (SO 2) išsiskyrimo.
Eksperimento išvadų kritika
Išvados apie cheminės evoliucijos galimybę, padarytos remiantis šiuo eksperimentu, yra kritikuojamos. Pagrindinis kritikų argumentas yra vieno chiralumo trūkumas susintetintose aminorūgštyse. Iš tiesų, gautos aminorūgštys buvo beveik vienodas stereoizomerų mišinys, o biologinės kilmės aminorūgštims, įskaitant tas, kurios yra baltymų dalis, vieno iš stereoizomerų vyravimas yra labai būdingas. Dėl šios priežasties sudėtinga sudėtingų organinių medžiagų, kurios yra gyvybės pagrindas, sintezė tiesiogiai iš gauto mišinio. Pasak kritikų, nors svarbiausių organinių medžiagų sintezė buvo aiškiai įrodyta, toli siekianti išvada apie cheminės evoliucijos galimybę, padaryta tiesiogiai iš šios patirties, nėra visiškai pagrįsta.
taip pat žr
Pastabos
Literatūra
- MILLER S.L. (1953 m. gegužės mėn.). „Aminorūgščių gamyba galimomis primityviomis žemės sąlygomis“. Mokslas (Niujorkas, NY) 117 (3046): 528–9. PMID 13056598.
- MILLER SL, UREY HC (1959 m. liepos mėn.). „Organinių junginių sintezė primityvioje žemėje“. Mokslas (Niujorkas, NY) 130 (3370): 245–51. PMID 13668555.
- Lazcano A, Bada JL (2003 m. birželis). “
Miller-Urey eksperimentas yra garsus klasikinis eksperimentas, kuris imitavo hipotetines sąlygas ankstyvojoje Žemėje, kad patikrintų cheminės evoliucijos galimybę. 1953 m. dirigavo Stanley Milleris ir Haroldas Urey. Eksperimentui suprojektuotame aparate buvo dujų mišinys, atitinkantis tuometines idėjas apie ankstyvosios Žemės atmosferos sudėtį, ir per ją praeinančios elektros iškrovos.
Miller-Urey eksperimentas laikomas vienu iš svarbiausių eksperimentų tiriant gyvybės kilmę Žemėje. Pirminė analizė parodė, kad galutiniame mišinyje yra 5 aminorūgštys. Tačiau 2008 m. paskelbta tikslesnė pakartotinė analizė parodė, kad eksperimento metu susidarė 22 aminorūgštys.
Eksperimento aprašymas
Surinktą aparatą sudarė dvi kolbos, sujungtos stikliniais vamzdeliais ciklu. Dujos, užpildančios sistemą, buvo metano (CH 4), amoniako (NH 3), vandenilio (H 2) ir anglies monoksido (CO) mišinys. Viena kolba buvo iki pusės pripildyta vandens, kuris kaitinant išgaravo ir vandens garai nukrito į viršutinę kolbą, kur naudojant elektrodus buvo taikomos elektros iškrovos, imituojančios žaibo išlydžius ankstyvojoje Žemėje. Per atšaldytą vamzdelį kondensuoti garai grįžo į apatinę kolbą, užtikrindami nuolatinę cirkuliaciją.
Po vienos savaitės nepertraukiamo važiavimo dviračiu Milleris ir Urey nustatė, kad 10–15 % anglies pateko į organinę formą. Paaiškėjo, kad apie 2% anglies yra aminorūgščių pavidalu, o glicinas yra gausiausias iš jų. Taip pat buvo rasta cukrų, lipidų ir nukleorūgščių pirmtakų. Eksperimentas buvo pakartotas keletą kartų 1953–1954 m. Milleris naudojo dvi aparato versijas, iš kurių viena, vadinamoji. „vulkaninis“, turėjo tam tikrą susiaurėjimą vamzdyje, dėl kurio paspartėjo vandens garų tekėjimas per išleidimo kolbą, o tai, jo nuomone, geriau imitavo vulkaninį aktyvumą. Įdomu tai, kad po 50 metų profesoriaus ir jo buvusio bendradarbio Jeffrey L. Bada atlikta pakartotinė Millerio mėginių analizė, naudojant šiuolaikinius tyrimo metodus, „vulkaninio“ aparato mėginiuose aptiko 22 aminorūgštis, tai yra daug daugiau, nei manyta anksčiau. .
Milleris ir Urey savo eksperimentus grindė šeštojo dešimtmečio idėjomis apie galimą Žemės atmosferos sudėtį. Po eksperimentų daugelis tyrėjų atliko panašius įvairių modifikacijų eksperimentus. Buvo įrodyta, kad net ir nedideli proceso sąlygų ir dujų mišinio sudėties pokyčiai (pavyzdžiui, azoto ar deguonies pridėjimas) gali lemti labai reikšmingus tiek susidarančių organinių molekulių, tiek jų sintezės proceso efektyvumo pokyčius. . Šiuo metu klausimas dėl galimos pirminės Žemės atmosferos sudėties lieka atviras. Tačiau manoma, kad didelis to meto vulkaninis aktyvumas prisidėjo ir prie tokių komponentų kaip anglies dioksido (CO 2), azoto, sieros vandenilio (H 2 S), sieros dioksido (SO 2) išsiskyrimo.
Eksperimento išvadų kritika
Išvados apie cheminės evoliucijos galimybę, padarytos remiantis šiuo eksperimentu, yra kritikuojamos.
Kaip paaiškėja, vienas pagrindinių kritikų argumentų yra vieno chiralumo trūkumas susintetintose aminorūgštyse. Iš tiesų, gautos aminorūgštys buvo beveik vienodas stereoizomerų mišinys, o biologinės kilmės aminorūgštims, įskaitant tas, kurios yra baltymų dalis, vieno iš stereoizomerų vyravimas yra gana tipiškas. Dėl šios priežasties sudėtinga sudėtingų organinių medžiagų, kurios yra gyvybės pagrindas, sintezė tiesiogiai iš gauto mišinio. Pasak kritikų, nors svarbiausių organinių medžiagų sintezė buvo aiškiai įrodyta, toli siekianti išvada apie cheminės evoliucijos galimybę, padaryta tiesiogiai iš šios patirties, nėra visiškai pagrįsta.
Daug vėliau, 2001 m., Alanas Saghatelyanas parodė, kad savaime besidauginančios peptidų sistemos gali efektyviai amplifikuoti tam tikro sukimosi molekules raceminiame mišinyje, taip parodydamos, kad vieno iš stereoizomerų vyravimas gali atsirasti natūraliai. Be to, buvo įrodyta, kad įprastose cheminėse reakcijose gali atsirasti spontaniškas chiralumas, taip pat yra žinomi būdai, kaip sintetinti daugybę stereoizomerų, įskaitant angliavandenilius ir aminorūgštis, esant optiškai aktyviems katalizatoriams. Tačiau nieko panašaus tiesiogiai šiame eksperimente neįvyko.
Chiralumo problemą jie bando išspręsti kitais būdais, visų pirma pasitelkdami teoriją, kad meteoritai patenka į organines medžiagas.
Biochemikas Robertas Shapiro atkreipė dėmesį, kad Millerio ir Urey susintetintos aminorūgštys yra daug mažiau sudėtingos molekulės nei nukleotidai. Paprasčiausia iš 20 aminorūgščių, kurios yra natūralių baltymų dalis, turi tik du anglies atomus, o 17 aminorūgščių iš to paties rinkinio turi šešis ar daugiau. Millerio ir Urey susintetintose aminorūgštyse ir kitose molekulėse buvo ne daugiau kaip trys anglies atomai. Ir nukleotidai tokių eksperimentų procese niekada nesusidarė.
kitų pristatymų santrauka„Oparino biocheminė evoliucija“ – 2) Susidarymas pirminiuose Žemės rezervuaruose iš susikaupusių organinių biopolimerų, lipidų, angliavandenilių junginių. Hipotezės esmė susivedė į štai ką... Gyvybės Žemėje atsiradimas – tai ilgas evoliucinis gyvosios materijos formavimosi procesas negyvosios materijos gelmėse. 1) Pradinių organinių junginių sintezė iš neorganinių medžiagų pirminės Žemės pirminės atmosferos sąlygomis. Oparino teorija. 1894–1980 m.
„Oparino hipotezė“ – biografija. Spontaniškos gyvybės atsiradimo hipotezė. Biocheminės evoliucijos hipotezė. Hipotezė apie gyvybės atsiradimą Žemėje AI Oparina. Krešuliai, vadinami koacervatiniais lašais. A.I. Oparino biografija. anglų biologas. Aleksandras Ivanovičius Oparinas. Koncepcija. Gyva ląstelė. gyvybės atsiradimo žemėje teorija. Montavo Stanley Miller. Žemės atmosferos susidarymas. Gyvybės atsiradimo Žemėje etapai.
„Biogenezės ir abiogenezės teorijos“ – Gyvų organizmų nebuvimas. Spontaniškos kartos teorija. Klasikinės spontaniškos kartos doktrinos klestėjimas. Spontaniškos kartos teorija. Kirmėlės. Gyvybės atsiradimo Žemėje etapai. Amino rūgštys. Biocheminės evoliucijos teorija. Panspermijos teorijos šalininkai. Kreacionizmas. Biogenezės ir abiogenezės teorijos apie gyvosios medžiagos kilmę. Demokritas. Anglų biochemikas ir genetikas Johnas Haldane'as. Apibūdinkite biocheminę cheminės evoliucijos stadiją.
„Cheminė evoliucija“ – panspermijos hipotezė. Nežemiška mikroorganizmų kilmė. Spontaniškos kartos hipotezė. Geochronologija. Yra žinoma apie 8 milijonus cheminių junginių. Geologinė Žemės istorija neatsiejama nuo jos biologinės evoliucijos. Cheminė evoliucija ir biogenezė. Geologinis mastelis. Protostar – saulė. Saulė sušildė interjerą. Radioaktyvumas. Rusų chemikas A.P. Rudenko. Didėjant atominiam skaičiui, elementų paplitimas mažėja.
„Biocheminės evoliucijos teorija“ – gyvybę sukūrė antgamtinė būtybė. Membraninės struktūros formavimas. Biocheminės evoliucijos hipotezė. Hipotezė, kuri mano, kad gyvybė yra ilgos evoliucijos rezultatas. Trečiasis etapas pasižymėjo izoliacija. Medžiagų koncentracija koacervato lašuose. Daugelio medžiagų molekulės. paprastos molekulės. Pirmieji primityvūs gyvi organizmai. Ilgos siūlinės molekulės. "Pirminis sultinys". Viena pagrindinių gyvų būtybių savybių yra gebėjimas daugintis.
„Biocheminės evoliucijos hipotezė“ – procesas, paskatinęs gyvybės atsiradimą Žemėje. Gyvybės žemėje kilmė. Pirminis sultinys. Milleris, Stanley Lloydas. Oparino-Haldane'o teorija. Miller-Urey eksperimentas. Įvairūs aspektai. gyvybės atsiradimo sąlygos. A. I. Oparino hipotezė. Koacervatiniai lašai.
Įkeliama...