Mengenai mengapa anda tidak boleh menyukai eksperimen, tentang faedah seminar, kemuliaan seorang pemimpin saintifik dan kemunculan orang yang hidup dengan latar belakang Perang Dingin, kami memberitahu dalam bahagian kami "Sejarah Sains".
Stanley Miller dilahirkan pada tahun 1930 kepada seorang peguam dan guru sekolah. Sejak kecil, budak lelaki itu suka membaca, belajar dengan baik, mencintai alam semula jadi, pergi mendaki dengan pengakap lelaki. Mengikuti abangnya, dia memasuki Universiti California, sama seperti dia, untuk belajar kimia. Setelah lulus kursus universiti dengan mudah, dia berpindah ke Universiti Chicago, yang menawarkannya jawatan sebagai pembantu (selepas kematian bapanya, dia tidak lagi mampu untuk belajar semata-mata). Di sana bermula pencarian yang panjang dan sukar untuk topik untuk kerja selanjutnya, tempat untuk menggunakan pengetahuan dan fikiran yang cerah mereka.
Mempertimbangkan percubaan sebagai "kosong, memakan masa dan tidak terlalu penting" (atau mungkin hanya mahal), Miller beralih kepada masalah teori. Salah seorang profesor yang kerjanya menarik perhatian Miller ialah Edward Teller, yang mengkaji sintesis unsur kimia dalam bintang.
Walau bagaimanapun, Stanley Miller yang kita bicarakan hari ini "dilahirkan" pada musim luruh tahun 1951, apabila dia mula menghadiri seminar Profesor Harold Urey, pada masa itu seorang pemenang Nobel (untuk penemuan deuterium). Urey pada masa itu telah terbawa-bawa oleh kosmokimia, evolusi unsur kimia dalam bintang dan planet, dan membuat andaian tentang komposisi atmosfera awal Bumi. Beliau percaya bahawa sintesis bahan organik adalah mungkin dalam persekitaran yang serupa dengan atmosfera bumi purba. Idea-idea ini menarik minat Miller (sehingga dia mengingati butiran kuliah beberapa dekad kemudian), dan dia meneruskan penyelidikannya ke Urey.
Harold Urey
Wikimedia Commons
Oleh itu, Miller menangani masalah yang menarik ramai saintis. William Harvey, Francesco Redi, Louis Pasteur, Lazzaro Spallanzani, Jakob Berzelius, Friedrich Wöhler berhujah tentang sama ada benda hidup boleh timbul daripada benda bukan hidup (dan ini bukan semua yang telah kita tulis dalam Sejarah Sains).
Kontroversi tidak reda walaupun pada abad ke-20. Di sini rakan senegara kami Alexander Oparin memberikan sumbangan yang besar. Pada tahun 1920-an, beliau menerbitkan artikel "Tentang asal usul kehidupan", di mana beliau menggariskan teorinya tentang asal usul benda hidup daripada "sup primordial". Oparin mencadangkan bahawa kejadian bahan organik adalah mungkin di kawasan berkepekatan tinggi sebatian makromolekul. Apabila zon sedemikian memperoleh cangkerang yang sebahagiannya memisahkan mereka dari alam sekitar, ia bertukar menjadi titisan coacervate - konsep utama teori Oparin-Haldane (pada masa yang sama, idea yang sama telah dibangunkan oleh ahli biologi British John Haldane). Di dalam titisan ini, bahan organik mudah boleh dibentuk, diikuti oleh sebatian kompleks: protein, asid amino. Dengan menyerap bahan dari persekitaran, titisan boleh membesar dan membahagi.
Tetapi kembali kepada Miller. Pada mulanya, keghairahan dan keinginannya untuk mengatur beberapa jenis eksperimen dan menguji teori tidak mendapat simpati dengan Yuri pada mulanya: seorang pelajar siswazah tidak sepatutnya memanjat ke tempat yang tidak diketahui, lebih baik jika dia melakukan sesuatu yang lebih mudah. Pada akhirnya, profesor mengalah, tetapi memberi Miller setahun. Tidak akan ada keputusan, subjek perlu ditukar.
Miller mula bekerja: dia mengambil data Urey tentang komposisi atmosfera awal dan mencadangkan bahawa sintesis sebatian yang diperlukan untuk kemunculan hidupan boleh dirangsang oleh pelepasan elektrik (dipercayai bahawa kilat tidak jarang berlaku di Bumi walaupun dalam zaman dahulu). Persediaan terdiri daripada dua kelalang yang disambungkan oleh tiub kaca. Dalam kelalang bawah terdapat cecair, di bahagian atas - campuran gas: metana, ammonia dan hidrogen - dan wap. Elektrod juga disambungkan ke kelalang atas, menghasilkan nyahcas elektrik. Di tempat yang berbeza, sistem ini dipanaskan dan disejukkan, dan bahan itu beredar secara berterusan.
Eksperimen Miller - Urey
Wikimedia Commons
Selepas seminggu, eksperimen dihentikan dan kelalang dengan cecair yang telah disejukkan dikeluarkan. Miller mendapati bahawa 10-15% daripada karbon telah menjadi bentuk organik. Menggunakan kromatografi kertas, dia melihat kesan glisin (ia telah muncul pada hari kedua percubaan), asid alfa dan beta-aminopropionik, asid aspartik dan alfa-aminobutirik.
Miller menunjukkan Urey hasil yang sederhana tetapi bermakna ini (mereka membuktikan kemungkinan kemunculan organik dalam keadaan Bumi awal), dan saintis, walaupun tidak tanpa masalah, menerbitkannya dalam jurnal Sains. Hanya Miller disenaraikan di kalangan pengarang, jika tidak, Yuuri takut, semua perhatian akan diberikan kepadanya, pemenang Nobel, dan bukan kepada pengarang sebenar penemuan itu.
MOSCOW, 21 Januari - RIA Novosti. Ahli biologi Amerika telah berjaya mereplikasi salah satu eksperimen paling terkenal pada pertengahan abad ke-20, yang dipanggil eksperimen Miller-Urey, dan berjaya mencipta semula set beberapa asid amino primer daripada sebatian tak organik yang paling mudah semasa evolusi kimia yang panjang, menurut artikel yang diterbitkan dalam jurnal JoVE.
Keadaan di planet di alam semesta awal adalah sesuai untuk asal usul kehidupanSuhu latar belakang gelombang mikro kosmik 15 juta tahun selepas Letupan Besar adalah sehingga 30 darjah Celsius, yang mana planet-planet, jika wujud pada masa itu, boleh mempunyai air cecair yang diperlukan untuk kehidupan.Eric Parker dari Institut Teknologi Georgia di Atlanta (AS) dan rakan-rakannya cuba mengulangi salah satu peringkat utama dalam evolusi kimia organik di Bumi, mengikut jejak dua ahli biokimia terkenal dunia - Stanley Miller dan Harold Urey .
Pada pertengahan 1950-an, Miller dan Urey secara eksperimen menguji dan mengesahkan kebenaran hipotesis abiogenetik tentang asal usul kehidupan, yang asasnya dirumuskan oleh ahli biologi Rusia Alexander Oparin pada tahun 1922.
Miller dan Urey cuba mencipta asid amino daripada sebatian mudah seperti air, ammonia, karbon monoksida dan metana, mencipta semula keadaan yang berlaku di Bumi awal. Untuk melakukan ini, mereka memanaskan "sup utama" dengan bahan-bahan ini dan melepasi stim melalui kelalang di mana elektrod dimasukkan, dan kemudian menyejukkannya. Selepas beberapa lama, asid amino mula muncul dalam "sirap" ini.
Pada tahun-tahun berikutnya, saintis berulang kali mengulangi eksperimen Miller-Urey, tetapi prosedur yang mereka gunakan terlalu rumit dan mengelirukan untuk mengesahkan keputusan mereka sepenuhnya. Pengarang artikel mengkaji perihalan eksperimen Miller dan Urey, memudahkannya dan menyediakan video yang menerangkan cara menjalankan eksperimen.
"Keputusan kami menunjukkan bahawa asid amino, bahan binaan kehidupan, boleh terbentuk di bawah keadaan yang berlaku di Bumi awal. Miller tidak meminta untuk mengulangi eksperimen ini atas alasan bahawa persediaan eksperimennya boleh meletup. Jika anda membaca penerangan tentang metodologinya, maka ia tidak akan sepenuhnya jelas bagaimana eksperimen itu dijalankan. Oleh itu, kami telah menyediakan metodologi yang selamat untuk menjalankan eksperimen untuk rakan sekerja yang berminat, "tutup Parker.
Skim eksperimen.
Eksperimen Miller - Urey- eksperimen klasik yang terkenal di mana keadaan hipotesis tempoh awal pembangunan Bumi telah disimulasikan untuk menguji kemungkinan evolusi kimia. Malah, ia adalah ujian percubaan hipotesis, yang sebelum ini dinyatakan oleh Alexander Oparin dan John Haldane, bahawa keadaan yang wujud di Bumi primitif mengutamakan tindak balas kimia yang boleh membawa kepada sintesis molekul organik daripada bukan organik. Dijalankan pada tahun 1953 oleh Stanley Miller dan Harold Urey. Radas yang direka untuk eksperimen itu termasuk campuran gas yang sepadan dengan idea ketika itu tentang komposisi atmosfera Bumi awal, dan nyahcas elektrik melaluinya.
Percubaan Miller-Urey dianggap sebagai salah satu eksperimen yang paling penting dalam kajian tentang asal usul kehidupan di Bumi. Analisis primer menunjukkan kehadiran 5 asid amino dalam campuran akhir. Walau bagaimanapun, analisis semula yang lebih tepat yang diterbitkan pada tahun 2008 menunjukkan bahawa eksperimen itu menghasilkan pembentukan 22 asid amino.
Penerangan tentang eksperimen
Radas yang dipasang terdiri daripada dua kelalang yang disambungkan oleh tiub kaca dalam satu kitaran. Gas yang mengisi sistem adalah campuran metana (CH 4), ammonia (NH 3), hidrogen (H 2) dan karbon monoksida (CO). Satu kelalang diisi separuh dengan air, yang tersejat apabila dipanaskan dan wap air jatuh ke dalam kelalang atas, di mana nyahcas elektrik digunakan menggunakan elektrod, meniru nyahcas kilat di Bumi awal. Melalui tiub yang disejukkan, wap pekat kembali ke kelalang bawah, memberikan peredaran yang berterusan.
Selepas satu minggu berbasikal berterusan, Miller dan Urey mendapati bahawa 10-15% daripada karbon telah pergi ke dalam bentuk organik. Kira-kira 2% daripada karbon ternyata dalam bentuk asid amino, dengan glisin menjadi yang paling banyak daripada ini. Gula, lipid, dan prekursor asid nukleik juga telah ditemui. Eksperimen telah diulang beberapa kali pada tahun 1953-1954. Miller menggunakan dua versi radas, salah satunya, yang dipanggil. "gunung berapi", mempunyai penyempitan tertentu dalam tiub, yang membawa kepada aliran dipercepatkan wap air melalui kelalang pelepasan, yang, pada pendapatnya, lebih baik mensimulasikan aktiviti gunung berapi. Menariknya, analisis semula sampel Miller, yang dijalankan 50 tahun kemudian oleh profesor dan bekas kolaboratornya Jeffrey Baid (Eng. Jeffrey L. Bada) menggunakan kaedah penyelidikan moden, mendapati 22 asid amino dalam sampel daripada radas "gunung berapi", iaitu, lebih banyak daripada yang difikirkan sebelumnya.
Miller dan Urey mengasaskan eksperimen mereka pada idea dari tahun 1950-an tentang kemungkinan komposisi atmosfera Bumi. Selepas eksperimen mereka, ramai penyelidik menjalankan eksperimen serupa dalam pelbagai pengubahsuaian. Telah ditunjukkan bahawa walaupun perubahan kecil dalam keadaan proses dan komposisi campuran gas (contohnya, penambahan nitrogen atau oksigen) boleh membawa kepada perubahan yang sangat ketara dalam kedua-dua molekul organik yang terhasil dan kecekapan proses sintesisnya. . Pada masa ini, persoalan tentang kemungkinan komposisi atmosfera utama Bumi masih terbuka. Walau bagaimanapun, adalah dipercayai bahawa aktiviti gunung berapi yang tinggi pada masa itu juga menyumbang kepada pembebasan komponen seperti karbon dioksida (CO 2), nitrogen, hidrogen sulfida (H 2 S), sulfur dioksida (SO 2).
Kritikan terhadap kesimpulan eksperimen
Kesimpulan tentang kemungkinan evolusi kimia, yang dibuat berdasarkan eksperimen ini, dikritik. Hujah utama pengkritik adalah kekurangan satu kiraliti dalam asid amino yang disintesis. Sesungguhnya, asid amino yang terhasil adalah campuran stereoisomer yang hampir sama, manakala bagi asid amino asal biologi, termasuk yang merupakan sebahagian daripada protein, dominasi salah satu stereoisomer adalah sangat ciri. Atas sebab ini, sintesis lanjut bahan organik kompleks yang mendasari kehidupan secara langsung daripada campuran yang terhasil adalah sukar. Menurut pengkritik, walaupun sintesis bahan organik yang paling penting telah ditunjukkan dengan jelas, kesimpulan yang meluas tentang kemungkinan evolusi kimia, yang diambil secara langsung daripada eksperimen ini, tidak dibenarkan sepenuhnya.
lihat juga
Nota
kesusasteraan
- MILLER S.L. (Mei 1953). "Penghasilan asid amino di bawah kemungkinan keadaan bumi primitif". Sains (New York, N.Y.) 117 (3046): 528–9. PMID 13056598 .
- MILLER SL, UREY HC (Julai 1959). "Sintesis sebatian organik di bumi primitif". Sains (New York, N.Y.) 130 (3370): 245–51. PMID 13668555 .
- Lazcano A, Bada JL (Jun 2003). "
Percubaan Miller-Urey ialah eksperimen klasik terkenal yang mensimulasikan keadaan hipotesis di Bumi awal untuk menguji kemungkinan evolusi kimia. Dijalankan pada tahun 1953 oleh Stanley Miller dan Harold Urey. Radas yang direka untuk eksperimen itu termasuk campuran gas yang sepadan dengan idea ketika itu tentang komposisi atmosfera Bumi awal, dan nyahcas elektrik melaluinya.
Percubaan Miller-Urey dianggap sebagai salah satu eksperimen yang paling penting dalam kajian tentang asal usul kehidupan di Bumi. Analisis primer menunjukkan kehadiran 5 asid amino dalam campuran akhir. Walau bagaimanapun, analisis semula yang lebih tepat yang diterbitkan pada tahun 2008 menunjukkan bahawa eksperimen itu menghasilkan pembentukan 22 asid amino.
Penerangan tentang eksperimen
Radas yang dipasang terdiri daripada dua kelalang yang disambungkan oleh tiub kaca dalam satu kitaran. Gas yang mengisi sistem adalah campuran metana (CH 4), ammonia (NH 3), hidrogen (H 2) dan karbon monoksida (CO). Satu kelalang diisi separuh dengan air, yang tersejat apabila dipanaskan dan wap air jatuh ke dalam kelalang atas, di mana nyahcas elektrik digunakan menggunakan elektrod, meniru nyahcas kilat di Bumi awal. Melalui tiub yang disejukkan, wap pekat kembali ke kelalang bawah, memberikan peredaran yang berterusan.
Selepas satu minggu berbasikal berterusan, Miller dan Urey mendapati bahawa 10-15% daripada karbon telah pergi ke dalam bentuk organik. Kira-kira 2% daripada karbon ternyata dalam bentuk asid amino, dengan glisin menjadi yang paling banyak daripada ini. Gula, lipid dan prekursor asid nukleik juga telah ditemui. Eksperimen telah diulang beberapa kali pada tahun 1953-1954. Miller menggunakan dua versi radas, salah satunya, yang dipanggil. "gunung berapi", mempunyai penyempitan tertentu dalam tiub, yang membawa kepada aliran dipercepatkan wap air melalui kelalang pelepasan, yang, pada pendapatnya, lebih baik mensimulasikan aktiviti gunung berapi. Menariknya, analisis semula sampel Miller, yang dijalankan 50 tahun kemudian oleh Profesor dan bekas kolaboratornya Jeffrey L. Bada, menggunakan kaedah penyelidikan moden, mendapati 22 asid amino dalam sampel daripada radas "gunung berapi", iaitu, lebih banyak daripada yang dipertimbangkan sebelum ini. .
Miller dan Urey mengasaskan eksperimen mereka pada idea dari tahun 1950-an tentang kemungkinan komposisi atmosfera Bumi. Selepas eksperimen mereka, ramai penyelidik menjalankan eksperimen serupa dalam pelbagai pengubahsuaian. Telah ditunjukkan bahawa walaupun perubahan kecil dalam keadaan proses dan komposisi campuran gas (contohnya, penambahan nitrogen atau oksigen) boleh membawa kepada perubahan yang sangat ketara dalam kedua-dua molekul organik yang terhasil dan kecekapan proses sintesisnya. . Pada masa ini, persoalan tentang kemungkinan komposisi atmosfera utama Bumi masih terbuka. Walau bagaimanapun, adalah dipercayai bahawa aktiviti gunung berapi yang tinggi pada masa itu juga menyumbang kepada pembebasan komponen seperti karbon dioksida (CO 2), nitrogen, hidrogen sulfida (H 2 S), sulfur dioksida (SO 2).
Kritikan terhadap kesimpulan eksperimen
Kesimpulan tentang kemungkinan evolusi kimia, yang dibuat berdasarkan eksperimen ini, dikritik.
Apabila ia menjadi jelas, salah satu hujah utama pengkritik adalah kekurangan satu kiraliti dalam asid amino yang disintesis. Sememangnya, asid amino yang diperolehi adalah campuran stereoisomer yang hampir sama, manakala bagi asid amino asal biologi, termasuk yang merupakan sebahagian daripada protein, dominasi salah satu stereoisomer adalah agak tipikal. Atas sebab ini, sintesis lanjut bahan organik kompleks yang mendasari kehidupan secara langsung daripada campuran yang terhasil adalah sukar. Menurut pengkritik, walaupun sintesis bahan organik yang paling penting telah ditunjukkan dengan jelas, kesimpulan yang meluas tentang kemungkinan evolusi kimia, yang diambil secara langsung daripada eksperimen ini, tidak dibenarkan sepenuhnya.
Tidak lama kemudian, pada tahun 2001, Alan Saghatelyan menunjukkan bahawa sistem peptida yang mereplikasi sendiri dapat menguatkan molekul putaran tertentu dengan berkesan dalam campuran rasemik, dengan itu menunjukkan bahawa penguasaan salah satu stereoisomer boleh timbul secara semula jadi. Di samping itu, telah ditunjukkan bahawa terdapat kemungkinan berlakunya kiraliti secara spontan dalam tindak balas kimia konvensional, dan terdapat juga cara yang diketahui untuk mensintesis beberapa stereoisomer, termasuk hidrokarbon dan asid amino, dengan kehadiran pemangkin aktif optik. Walau bagaimanapun, tiada apa-apa jenis yang berlaku secara langsung dalam percubaan ini.
Mereka cuba menyelesaikan masalah kiral dengan cara lain, khususnya, melalui teori pengenalan bahan organik oleh meteorit.
Ahli biokimia Robert Shapiro menegaskan bahawa asid amino yang disintesis oleh Miller dan Urey adalah molekul yang kurang kompleks daripada nukleotida. Yang paling mudah daripada 20 asid amino yang merupakan sebahagian daripada protein semulajadi hanya mempunyai dua atom karbon, dan 17 asid amino daripada set yang sama mempunyai enam atau lebih. Asid amino dan molekul lain yang disintesis oleh Miller dan Urey mengandungi tidak lebih daripada tiga atom karbon. Dan nukleotida dalam proses eksperimen sedemikian tidak pernah terbentuk sama sekali.
ringkasan pembentangan lain"Evolusi biokimia Oparin" - 2) Pembentukan dalam takungan utama Bumi daripada sebatian organik terkumpul biopolimer, lipid, hidrokarbon. Intipati hipotesis disimpulkan kepada perkara berikut... Asal usul kehidupan di Bumi adalah proses evolusi panjang pembentukan bahan hidup di kedalaman bahan tidak bernyawa. 1) Sintesis sebatian organik awal daripada bahan bukan organik dalam keadaan atmosfera utama Bumi primitif. Teori Oparin. 1894-1980.
"Hipotesis Oparin" - Biografi. Hipotesis asal spontan kehidupan. Hipotesis evolusi biokimia. Hipotesis asal usul kehidupan di Bumi AI Oparina. Gumpalan dipanggil titisan coacervate. Biografi A.I. Oparin. ahli biologi Inggeris. Alexander Ivanovich Oparin. Konsep. Sel hidup. teori asal usul kehidupan di bumi. Pemasangan oleh Stanley Miller. Pembentukan atmosfera Bumi. Peringkat asal usul kehidupan di Bumi.
"Teori biogenesis dan abiogenesis" - Ketiadaan organisma hidup. Teori penjanaan spontan. Zaman kegemilangan doktrin klasik generasi spontan. Teori penjanaan spontan. cacing. Peringkat asal usul kehidupan di Bumi. Asid amino. Teori evolusi biokimia. Penyokong teori panspermia. Penciptaan. Teori biogenesis dan abiogenesis tentang asal usul benda hidup. Democritus. Ahli biokimia dan genetik Inggeris John Haldane. Terangkan peringkat biokimia evolusi kimia.
"Evolusi Kimia" - Hipotesis Panspermia. Asal mikroorganisma luar angkasa. Hipotesis penjanaan spontan. Geokronologi. Kira-kira 8 juta sebatian kimia diketahui. Sejarah geologi Bumi tidak dapat dipisahkan daripada evolusi biologinya. Evolusi kimia dan biogenesis. Skala geologi. Protostar - Matahari. Matahari menghangatkan bahagian dalam. Radioaktiviti. Ahli kimia Rusia A.P. Rudenko. Apabila nombor atom bertambah, kelaziman unsur berkurangan.
"Teori evolusi biokimia" - Kehidupan dicipta oleh makhluk ghaib. Pembentukan struktur membran. Hipotesis evolusi biokimia. Hipotesis yang menganggap kehidupan sebagai hasil evolusi yang panjang. Peringkat ketiga dicirikan oleh pengasingan. Kepekatan bahan dalam coacervate menurun. Molekul banyak bahan. molekul ringkas. Organisma hidup primitif pertama. Molekul berfilamen panjang. "Kuah utama". Salah satu ciri utama makhluk hidup ialah keupayaan untuk mereplikasi.
"Hipotesis evolusi biokimia" - Proses yang membawa kepada kemunculan hidupan di Bumi. Asal usul kehidupan di bumi. Kuah utama. Miller, Stanley Lloyd. Teori Oparin-Haldane. Percubaan Miller-Urey. Pelbagai aspek. syarat untuk asal usul kehidupan. Hipotesis A. I. Oparin. Coacervate jatuh.
Memuatkan...