Par to, kāpēc jums var nepatikt eksperimenti, par semināru priekšrocībām, zinātniskā vadītāja cildenumu un dzīvības rašanos uz aukstā kara fona, mēs runājam sadaļā “Zinātnes vēsture”.
Stenlijs Millers dzimis 1930. gadā jurista un skolas skolotāja ģimenē. Kopš bērnības zēns mīlēja lasīt, labi mācījās, mīlēja dabu un devās pārgājienos ar skautiem. Sekojot savam brālim, viņš tāpat kā viņš iestājās Kalifornijas Universitātē, lai studētu ķīmiju. Viegli nokārtojis universitātes kursu, viņš pārcēlās uz Čikāgas universitāti, kas viņam piedāvāja asistenta vietu (pēc tēva nāves viņš vairs nevarēja atļauties vienkārši mācīties). Sākās ilgi un smagi meklējumi pēc tēmas turpmākajam darbam, kur pielietot savas zināšanas un gaišo prātu.
Uzskatot, ka eksperimenti ir “tukši, laikietilpīgi un ne tik svarīgi” (vai varbūt vienkārši dārgi), Millers pievērsās teorētiskām problēmām. Viens no profesoriem, kura darbs piesaistīja Millera uzmanību, bija Edvards Tellers, kurš pētīja ķīmisko elementu sintēzi zvaigznēs.
Taču Stenlijs Millers, par kuru mēs šodien runājam, ir “dzimis” 1951. gada rudenī, kad viņš sāka apmeklēt seminārus pie profesora Harolda Urija, tolaik jau Nobela prēmijas laureāta (par deitērija atklāšanu). Līdz tam laikam Jurijs bija sācis interesēties par kosmoķīmiju, ķīmisko elementu evolūciju zvaigznēs un planētās un izdarījis pieņēmumu par Zemes agrīnās atmosfēras sastāvu. Viņš uzskatīja, ka organisko vielu sintēze ir iespējama vidē, kas ir līdzīga senās zemes atmosfērai. Šīs idejas Milleru aizrāva (tik ļoti, ka viņš atcerējās lekciju detaļas pēc gadu desmitiem), un viņš savus pētījumus aizveda uz Ureju.
Harolds Urijs
Wikimedia Commons
Tādējādi Millers pievērsās problēmai, kas piesaistīja daudzus zinātniekus. Viljams Hārvijs, Frančesko Redi, Luiss Pastērs, Lacaro Spalanzani, Džeikobs Berzēliuss, Frīdrihs Vēlers strīdējās par to, vai dzīvās būtnes var rasties no nedzīvām lietām (un tas nav pat visi, par kuriem mēs jau esam rakstījuši Zinātnes vēsturē).
Strīdi nerimās 20. gadsimtā. Lielu ieguldījumu šeit sniedza mūsu tautietis Aleksandrs Oparins. 20. gados viņš publicēja rakstu “Par dzīvības izcelsmi”, kurā izklāstīja savu teoriju par dzīvības izcelsmi no “pirmās zupas”. Oparins ierosināja, ka organisko vielu rašanās ir iespējama vietās, kur ir paaugstināta augstas molekulmasas savienojumu koncentrācija. Kad šādas zonas ieguva apvalku, kas tās daļēji atdalīja no apkārtējās vides, tās pārvērtās par koacervētiem pilieniem – Oparina-Haldana teorijas pamatkoncepciju (apmēram tajā pašā laikā līdzīgas idejas izstrādāja britu biologs Džons Haldane). Šo pilienu iekšpusē var veidoties vienkāršas organiskas vielas, kam seko sarežģīti savienojumi: olbaltumvielas, aminoskābes. Absorbējot vielas no ārējās vides, pilieni var augt un dalīties.
Tomēr atgriezīsimies pie Millera. Viņa entuziasms un vēlme sarīkot kādu eksperimentu un pārbaudīt teoriju sākotnēji neatrada Jurija simpātijas: maģistrants nedrīkst mesties nezināmajā, labāk, ja viņš dara ko vienkāršāku. Beigās profesors piekāpās, bet Milleram atdeva gadu. Rezultātu nebūs, būs jāmaina tēma.
Millers ķērās pie darba: viņš paņēma Ureja datus par agrīnās atmosfēras sastāvu un ierosināja, ka dzīvības rašanai nepieciešamo savienojumu sintēzi varētu stimulēt elektriskā izlāde (tiek uzskatīts, ka zibens senatnē uz Zemes nebija nekas neparasts ). Uzstādījums sastāvēja no divām kolbām, kas savienotas ar stikla caurulēm. Apakšējā kolbā bija šķidrums, bet augšējā kolbā gāzu maisījums: metāns, amonjaks un ūdeņradis un tvaiks. Elektrodi tika savienoti arī ar augšējo kolbu, radot elektrisko izlādi. Dažādās vietās šī sistēma tika apsildīta un atdzesēta, un viela nepārtraukti cirkulēja.
Millera-Ūrija eksperiments
Wikimedia Commons
Pēc nedēļas eksperiments tika pārtraukts un kolba ar atdzesētu šķidrumu tika izņemta. Millers atklāja, ka 10-15% oglekļa tika pārvērsti organiskā formā. Izmantojot papīra hromatogrāfiju, viņš pamanīja glicīna (tās parādījās eksperimenta otrajā dienā), alfa un beta aminopropionskābes, asparagīnskābes un alfa aminosviestskābes pēdas.
Millers parādīja Urejam šos pieticīgos, bet tik nozīmīgos rezultātus (tie pierādīja organisko vielu rašanās iespējamību agrīnās Zemes apstākļos), un zinātnieki, lai arī ne bez problēmām, publicēja tos žurnālā Science. Kā autors tika minēts tikai Millers, pretējā gadījumā, Jurijs baidījās, visa uzmanība tiktu pievērsta viņam, Nobela prēmijas laureātam, nevis patiesajam atklājuma autoram.
MASKAVA, 21. janvāris – RIA Novosti. Amerikāņu biologi ir veiksmīgi atkārtojuši vienu no slavenākajiem 20. gadsimta vidus eksperimentiem, tā saukto Millera-Urija eksperimentu, un ilgstošas ķīmiskās evolūcijas laikā veiksmīgi atjaunojuši vairāku primāro aminoskābju komplektu no vienkāršākajiem neorganiskiem savienojumiem. raksts, kas publicēts žurnālā JoVE.
Apstākļi uz planētām agrīnajā Visumā bija piemēroti dzīvības rašanaiKosmiskā mikroviļņu fona temperatūra 15 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena bija līdz pat 30 grādiem pēc Celsija skalas, kā dēļ planētās, ja tādas tajā laikā pastāvēja, varēja būt dzīvībai nepieciešamais šķidrais ūdens.Ēriks Pārkers no Džordžijas Tehnoloģiju institūta Atlantā (ASV) un viņa kolēģi mēģināja atkārtot vienu no galvenajiem organisko vielu ķīmiskās evolūcijas posmiem uz Zemes, sekojot divu pasaulē slavenu bioķīmiķu - Stenlija Millera un Harolda pēdās. Urey.
Pagājušā gadsimta 50. gadu vidū Millers un Urijs eksperimentāli pārbaudīja un apstiprināja dzīvības izcelsmes abiogenētiskās hipotēzes patiesumu, kuras pamatus 1922. gadā formulēja krievu biologs Aleksandrs Oparins.
Millers un Urijs mēģināja radīt aminoskābes no vienkāršiem savienojumiem, piemēram, ūdens, amonjaka, oglekļa monoksīda un metāna, atjaunojot apstākļus, kas valdīja uz agrīnās Zemes. Lai to izdarītu, viņi uzkarsēja “primāro buljonu” ar šīm vielām un izlaida tvaiku caur kolbu, kurā tika ievietoti elektrodi, un pēc tam atdzesēja. Pēc kāda laika šajā “sīrupā” sāka parādīties aminoskābes.
Turpmākajos gados zinātnieki atkārtoti atkārtoja Millera-Urija eksperimentu, taču viņu izmantotās procedūras bija pārāk sarežģītas un mulsinošas, lai pilnībā pārbaudītu to rezultātus. Raksta autori izpētīja Millera un Urija eksperimenta aprakstu, vienkāršoja to un sagatavoja video, kurā paskaidrots, kā veikt eksperimentu.
"Mūsu rezultāti liecina, ka aminoskābes, "dzīvības būvmateriāli", var veidoties apstākļos, kādi valdīja agrīnajā Zemē. Millers neaicināja atkārtot šo eksperimentu, jo viņa eksperimentālā iekārta varētu eksplodēt. viņa metodikas aprakstu, tad līdz galam nebūs skaidrs, kā eksperiments veikts.Tāpēc esam sagatavojuši drošu metodi eksperimenta veikšanai ieinteresētajiem kolēģiem," secina Pārkers.
Eksperimentālais dizains.
Millera-Ūrija eksperiments ir slavens klasisks eksperiments, kurā tika simulēti hipotētiskie apstākļi Zemes attīstības agrīnajā periodā, lai pārbaudītu ķīmiskās evolūcijas iespējamību. Faktiski tas bija Aleksandra Oparina un Džona Haldana iepriekš izvirzītās hipotēzes eksperimentāls tests, ka apstākļi, kas pastāvēja uz primitīvās Zemes, veicināja ķīmiskās reakcijas, kas varētu izraisīt organisko molekulu sintēzi no neorganiskām. 1953. gadā to diriģēja Stenlijs Millers un Harolds Urijs. Eksperimentam paredzētais aparāts ietvēra gāzu maisījumu, kas atbilst toreizējiem priekšstatiem par agrīnās Zemes atmosfēras sastāvu, un caur to tika izvadītas elektriskās izlādes.
Millera-Urija eksperiments tiek uzskatīts par vienu no svarīgākajiem eksperimentiem, pētot dzīvības izcelsmi uz Zemes. Primārā analīze parādīja 5 aminoskābju klātbūtni gala maisījumā. Tomēr precīzāka 2008. gadā publicētā atkārtotā analīze parādīja, ka eksperimenta rezultātā izveidojās 22 aminoskābes.
Eksperimenta apraksts
Samontētais aparāts sastāvēja no divām kolbām, kas ciklā savienotas ar stikla caurulēm. Gāze, kas pildīja sistēmu, bija metāna (CH 4), amonjaka (NH 3), ūdeņraža (H 2) un oglekļa monoksīda (CO) maisījums. Viena kolba bija līdz pusei piepildīta ar ūdeni, kas karsējot iztvaikoja un ūdens tvaiki iekrita augšējā kolbā, kur, izmantojot elektrodus, tika veiktas elektriskās izlādes, imitējot zibens izlādes uz agrīnās Zemes. Caur atdzesētu cauruli kondensētais tvaiks atgriezās apakšējā kolbā, nodrošinot pastāvīgu cirkulāciju.
Pēc vienas nedēļas nepārtrauktas riteņbraukšanas Millers un Urijs atklāja, ka 10–15% oglekļa ir pārvērsti organiskā formā. Apmēram 2% oglekļa nonāca aminoskābju veidā, un glicīns bija visbagātākais. Tika atklāti arī cukuri, lipīdi un nukleīnskābju prekursori. Eksperiments tika atkārtots vairākas reizes 1953.-1954.gadā. Millers izmantoja divas aparāta versijas, no kurām viena, t.s. "vulkāniskajam", bija zināms sašaurinājums caurulē, kas izraisīja paātrinātu ūdens tvaiku plūsmu caur izplūdes kolbu, kas, viņaprāt, labāk simulēja vulkānisko darbību. Interesanti, ka Millera paraugu atkārtotā analīze, ko 50 gadus vēlāk veica profesors un viņa bijušais darbinieks Džefrijs Bāds (inž. Džefrijs L. Bada), izmantojot modernas pētniecības metodes, “vulkāniskā” aparāta paraugos atklāja 22 aminoskābes, tas ir, daudz vairāk, nekā tika uzskatīts iepriekš.
Millers un Urijs savus eksperimentus balstīja uz 1950. gadu idejām par iespējamo Zemes atmosfēras sastāvu. Pēc eksperimentiem daudzi pētnieki veica līdzīgus eksperimentus dažādās modifikācijās. Tika parādīts, ka pat nelielas izmaiņas procesa apstākļos un gāzu maisījuma sastāvā (piemēram, slāpekļa vai skābekļa pievienošana) var izraisīt ļoti būtiskas izmaiņas gan iegūtajās organiskajās molekulās, gan pašā to sintēzes procesa efektivitātē. . Šobrīd jautājums par primārās zemes atmosfēras iespējamo sastāvu paliek atklāts. Tomēr tiek uzskatīts, ka tā laika augstā vulkāniskā aktivitāte veicināja arī tādu komponentu kā oglekļa dioksīda (CO 2), slāpekļa, sērūdeņraža (H 2 S), sēra dioksīda (SO 2) izdalīšanos.
Eksperimenta secinājumu kritika
Secinājumi par ķīmiskās evolūcijas iespējamību, kas izdarīti no šī eksperimenta, ir kritizēti. Galvenais kritiķu arguments ir vienotas hiralitātes trūkums sintezētajās aminoskābēs. Patiešām, iegūtās aminoskābes bija gandrīz vienāds stereoizomēru maisījums, savukārt bioloģiskas izcelsmes aminoskābēm, ieskaitot tās, kas iekļautas olbaltumvielās, ir raksturīgs viena no stereoizomēru pārsvars. Šī iemesla dēļ sarežģītu organisko vielu, kas ir dzīvības pamatā, tālāka sintēze no iegūtā maisījuma ir sarežģīta. Pēc kritiķu domām, lai gan ir skaidri pierādīta svarīgāko organisko vielu sintēze, tālejošais secinājums par ķīmiskās evolūcijas iespējamību, kas izdarīts tieši no šīs pieredzes, nav pilnībā pamatots.
Skatīt arī
Piezīmes
Literatūra
- MILLER SL (1953. gada maijs). "Aminoskābju ražošana iespējamos primitīvos zemes apstākļos." Zinātne (Ņujorka, Ņujorka) 117 (3046): 528–9. PMID 13056598.
- MILLER SL, UREY HC (1959. gada jūlijs). "Organisko savienojumu sintēze uz primitīvās zemes." Zinātne (Ņujorka, Ņujorka) 130 (3370): 245–51. PMID 13668555.
- Lazcano A, Bada JL (2003. gada jūnijs). "
Millera-Urija eksperiments ir plaši pazīstams klasisks eksperiments, kas simulēja hipotētiskus apstākļus agrīnās Zemes attīstības laikā, lai pārbaudītu ķīmiskās evolūcijas iespēju. 1953. gadā diriģēja Stenlijs Millers un Harolds Urijs. Eksperimentam paredzētais aparāts ietvēra gāzu maisījumu, kas atbilst toreizējiem priekšstatiem par agrīnās Zemes atmosfēras sastāvu, un caur to tika izvadītas elektriskās izlādes.
Millera-Urija eksperiments tiek uzskatīts par vienu no svarīgākajiem eksperimentiem, pētot dzīvības izcelsmi uz Zemes. Primārā analīze parādīja 5 aminoskābju klātbūtni gala maisījumā. Tomēr precīzāka 2008. gadā publicētā atkārtotā analīze parādīja, ka eksperimenta rezultātā izveidojās 22 aminoskābes.
Eksperimenta apraksts
Samontētais aparāts sastāvēja no divām kolbām, kas ciklā savienotas ar stikla caurulēm. Gāze, kas pildīja sistēmu, bija metāna (CH 4), amonjaka (NH 3), ūdeņraža (H 2) un oglekļa monoksīda (CO) maisījums. Viena kolba bija līdz pusei piepildīta ar ūdeni, kas karsējot iztvaikoja un ūdens tvaiki iekrita augšējā kolbā, kur, izmantojot elektrodus, tika veiktas elektriskās izlādes, imitējot zibens izlādes uz agrīnās Zemes. Caur atdzesētu cauruli kondensētais tvaiks atgriezās apakšējā kolbā, nodrošinot pastāvīgu cirkulāciju.
Pēc vienas nedēļas nepārtrauktas riteņbraukšanas Millers un Urijs atklāja, ka 10–15% oglekļa ir pārvērsti organiskā formā. Apmēram 2% oglekļa nonāca aminoskābju veidā, un glicīns bija visbagātākais. Tika atklāti arī cukuri, lipīdi un nukleīnskābju prekursori. Eksperiments tika atkārtots vairākas reizes 1953.-1954.gadā. Millers izmantoja divas aparāta versijas, no kurām viena, t.s. "vulkāniskajam", bija zināms sašaurinājums caurulē, kas izraisīja paātrinātu ūdens tvaiku plūsmu caur izplūdes kolbu, kas, viņaprāt, labāk simulēja vulkānisko darbību. Interesanti, ka Millera paraugu atkārtotā analīzē, ko 50 gadus vēlāk veica profesors un viņa bijušais darbinieks Džefrijs L. Bada, izmantojot modernas pētniecības metodes, “vulkāniskā” aparāta paraugos tika atrastas 22 aminoskābes, tas ir, daudz vairāk nekā iepriekš tika uzskatīts.
Millers un Urijs savus eksperimentus balstīja uz 1950. gadu idejām par iespējamo Zemes atmosfēras sastāvu. Pēc eksperimentiem daudzi pētnieki veica līdzīgus eksperimentus dažādās modifikācijās. Tika parādīts, ka pat nelielas izmaiņas procesa apstākļos un gāzu maisījuma sastāvā (piemēram, slāpekļa vai skābekļa pievienošana) var izraisīt ļoti būtiskas izmaiņas gan iegūtajās organiskajās molekulās, gan pašā to sintēzes procesa efektivitātē. . Šobrīd jautājums par primārās zemes atmosfēras iespējamo sastāvu paliek atklāts. Tomēr tiek uzskatīts, ka tā laika augstā vulkāniskā aktivitāte veicināja arī tādu komponentu kā oglekļa dioksīda (CO 2), slāpekļa, sērūdeņraža (H 2 S), sēra dioksīda (SO 2) izdalīšanos.
Eksperimenta secinājumu kritika
Secinājumi par ķīmiskās evolūcijas iespējamību, kas izdarīti no šī eksperimenta, ir kritizēti.
Kā kļūst skaidrs, viens no galvenajiem kritiķu argumentiem ir vienotas hiralitātes trūkums sintezētajās aminoskābēs. Patiešām, iegūtās aminoskābes bija gandrīz vienāds stereoizomēru maisījums, savukārt bioloģiskas izcelsmes aminoskābes, tostarp tās, kas iekļautas olbaltumvielās, raksturo viena no stereoizomēru pārsvaru. Šī iemesla dēļ sarežģītu organisko vielu, kas ir dzīvības pamatā, tālāka sintēze no iegūtā maisījuma ir sarežģīta. Pēc kritiķu domām, lai gan ir skaidri pierādīta svarīgāko organisko vielu sintēze, tālejošais secinājums par ķīmiskās evolūcijas iespējamību, kas izdarīts tieši no šīs pieredzes, nav pilnībā pamatots.
Daudz vēlāk, 2001. gadā, Alans Saghatelyan parādīja, ka pašreplicējošās peptīdu sistēmas spēj efektīvi pastiprināt noteiktas rotācijas molekulas racēmiskā maisījumā, tādējādi parādot, ka viena no stereoizomēriem pārsvars var rasties dabiski. Turklāt ir pierādīts, ka parastās ķīmiskās reakcijās pastāv spontānas hiralitātes rašanās iespēja; ir zināmas arī metodes vairāku stereoizomēru, tostarp ogļūdeņražu un aminoskābju, sintēzei optiski aktīvu katalizatoru klātbūtnē. Tomēr nekas tamlīdzīgs šajā eksperimentā nenotika.
Viņi mēģina atrisināt hiralitātes problēmu citos veidos, jo īpaši, izmantojot teoriju par organisko vielu ievadīšanu ar meteorītiem.
Bioķīmiķis Roberts Šapiro norādīja, ka Millera un Urija sintezētās aminoskābes ir ievērojami mazāk sarežģītas molekulas nekā nukleotīdi. Vienkāršākajā no 20 aminoskābēm, kas ir daļa no dabīgiem proteīniem, ir tikai divi oglekļa atomi, un 17 aminoskābēm no tā paša komplekta ir seši vai vairāk. Millera un Urija sintezētās aminoskābes un citas molekulas saturēja ne vairāk kā trīs oglekļa atomus. Un nukleotīdi nekad netika izveidoti šādu eksperimentu laikā.
citu prezentāciju kopsavilkums“Oparīna bioķīmiskā evolūcija” - 2) Biopolimēru, lipīdu, ogļūdeņražu veidošanās no uzkrātajiem organiskajiem savienojumiem Zemes primārajos rezervuāros. Hipotēzes būtība bija šāda... Dzīvības izcelsme uz Zemes ir ilgs evolūcijas process dzīvās vielas veidošanās procesā nedzīvās matērijas dzīlēs. 1) Sākotnējo organisko savienojumu sintēze no neorganiskām vielām primitīvās Zemes primārās atmosfēras apstākļos. Oparina teorija. 1894-1980.
“Oparina hipotēze” - biogrāfija. Hipotēze par dzīvības spontānu izcelsmi. Bioķīmiskās evolūcijas hipotēze. A.I. Oparina hipotēze par dzīvības izcelsmi uz Zemes. Trombus sauc par koacervētiem pilieniem. A.I. Oparina biogrāfija. angļu biologs. Aleksandrs Ivanovičs Oparins. Koncepcija. Dzīvā šūna. Teorija par dzīvības izcelsmi uz Zemes. Stenlija Millera instalāciju. Zemes atmosfēras veidošanās. Dzīvības rašanās posmi uz Zemes.
"Bioģenēzes un abioģenēzes teorijas" - dzīvo organismu trūkums. Spontānās paaudzes teorija. Klasiskās spontānās paaudzes doktrīnas pieaugums. Spontānās paaudzes teorija. Tārpi. Dzīvības rašanās posmi uz Zemes. Aminoskābes. Bioķīmiskās evolūcijas teorija. Panspermijas teorijas piekritēji. Kreacionisms. Bioģenēzes un abioģenēzes teorijas par dzīvās vielas izcelsmi. Demokrits Angļu bioķīmiķis un ģenētiķis Džons Haldane. Aprakstiet ķīmiskās evolūcijas bioķīmisko posmu.
"Ķīmiskā evolūcija" - Panspermijas hipotēze. Mikroorganismu ārpuszemes izcelsme. Spontānas paaudzes hipotēze. Ģeohronoloģija. Ir zināmi aptuveni 8 miljoni ķīmisko savienojumu. Zemes ģeoloģiskā vēsture nav atdalāma no tās bioloģiskās evolūcijas. Ķīmiskā evolūcija un bioģenēze. Ģeohronoloģiskais mērogs. Protoszvaigzne - Saule. Saule sildīja interjeru. Radioaktivitāte. Krievu ķīmiķis A.P. Rudenko. Palielinoties sērijas numuram, elementu izplatība samazinās.
"Bioķīmiskās evolūcijas teorija" - dzīvību radīja pārdabiska būtne. Membrānas struktūras veidošanās. Bioķīmiskās evolūcijas hipotēze. Hipotēze, kas uzskata, ka dzīvība ir ilgstošas evolūcijas rezultāts. Trešajam posmam bija raksturīga atdalīšana. Vielu koncentrācija koacervāta pilienos. Daudzu vielu molekulas. Vienkāršas molekulas. Pirmie primitīvie dzīvie organismi. Garas pavedienam līdzīgas molekulas. "Pirmais buljons". Viena no galvenajām dzīvo būtņu īpašībām ir spēja vairoties.
"Bioķīmiskās evolūcijas hipotēze" - process, kas noveda pie dzīvības rašanās uz Zemes. Dzīvības izcelsme uz Zemes. Primārais buljons. Millers, Stenlijs Loids. Oparina-Haldāna teorija. Millera-Ūrija eksperiments. Dažādi aspekti. Dzīvības rašanās nosacījumi. A. I. Oparina hipotēze. Koacervāta pilieni.
Notiek ielāde...