Om hvorfor du ikke kan like eksperimenter, om fordelene med seminarer, adelen til en vitenskapelig leder og fremveksten av levende på bakgrunn av den kalde krigen, forteller vi i vår seksjon "Vitenskapshistorie".
Stanley Miller ble født i 1930 av en advokat og skolelærer. Siden barndommen elsket gutten å lese, studerte godt, elsket naturen, gikk på fotturer med speidere. Etter broren sin gikk han inn på University of California, akkurat som ham, for å studere kjemi. Etter å ha bestått universitetskurset, flyttet han til University of Chicago, som tilbød ham en stilling som assistent (etter farens død hadde han ikke lenger råd til å bare studere). Det begynte en lang og vanskelig søken etter et emne for videre arbeid, et sted hvor man kunne bruke sin kunnskap og lyse sinn.
Miller vurderte å være "tomt, tidkrevende og ikke veldig viktig" (eller kanskje bare kostbart), og vendte seg til teoretiske problemer. En av professorene hvis arbeid fanget Millers oppmerksomhet var Edward Teller, som studerte syntesen av kjemiske elementer i stjerner.
Stanley Miller vi snakker om i dag ble imidlertid "født" høsten 1951, da han begynte å delta på seminarene til professor Harold Urey, allerede på den tiden nobelprisvinner (for oppdagelsen av deuterium). Urey på den tiden ble revet med av kosmokjemi, utviklingen av kjemiske elementer i stjerner og planeter, og gjorde en antagelse om sammensetningen av den tidlige atmosfæren på jorden. Han mente at syntesen av organiske stoffer er mulig i miljøer som ligner på den gamle jordens atmosfære. Disse ideene fascinerte Miller (så mye at han husket detaljene i forelesningene tiår senere), og han gikk videre med sin forskning til Urey.
Harold Urey
Wikimedia Commons
Dermed taklet Miller et problem som tiltrakk seg mange forskere. William Harvey, Francesco Redi, Louis Pasteur, Lazzaro Spallanzani, Jakob Berzelius, Friedrich Wöhler kranglet om hvorvidt levende ting kan oppstå fra ikke-levende ting (og dette er ikke engang alt vi allerede har skrevet om i Science History).
Kontroversen avtok ikke selv på 1900-tallet. Her gjorde vår landsmann Alexander Oparin en stor innsats. På 1920-tallet publiserte han en artikkel «Om livets opprinnelse», der han skisserte sin teori om opprinnelsen til levende ting fra «ursuppen». Oparin antydet at forekomsten av organiske stoffer er mulig i områder med høy konsentrasjon av makromolekylære forbindelser. Da slike soner fikk et skall som delvis skilte dem fra miljøet, ble de til koacervate dråper - nøkkelbegrepet i Oparin-Haldane-teorien (omtrent på samme tid ble lignende ideer utviklet av den britiske biologen John Haldane). Inne i disse dråpene kan det dannes enkle organiske stoffer, etterfulgt av komplekse forbindelser: proteiner, aminosyrer. Ved å ta opp stoffer fra miljøet kan dråper vokse og dele seg.
Men tilbake til Miller. Til å begynne med fant hans entusiasme og ønske om å arrangere en slags eksperiment og teste teorien ikke sympati med Yuri: en doktorgradsstudent bør ikke klatre inn i det ukjente, det er bedre om han gjør noe enklere. Til slutt ga professoren etter, men ga Miller et år. Det blir ingen resultater, emnet må endres.
Miller satte i gang: han tok Ureys data om sammensetningen av den tidlige atmosfæren og foreslo at syntesen av forbindelsene som er nødvendige for fremveksten av liv kunne stimuleres av en elektrisk utladning (det antas at lyn ikke var uvanlig på jorden selv i antikken). Oppsettet besto av to kolber forbundet med glassrør. I den nedre kolben var det en væske, i den øvre - en blanding av gasser: metan, ammoniakk og hydrogen - og damp. Elektroder ble også koblet til den øvre kolben, og skapte en elektrisk utladning. På forskjellige steder ble dette systemet varmet opp og avkjølt, og stoffet sirkulerte kontinuerlig.
Miller-eksperiment - Urey
Wikimedia Commons
Etter en uke ble forsøket stoppet og kolben med den avkjølte væsken ble tatt ut. Miller fant at 10-15 % av karbonet hadde gått i organisk form. Ved hjelp av papirkromatografi la han merke til spor av glycin (de dukket opp allerede på den andre dagen av eksperimentet), alfa- og beta-aminopropionsyre, asparaginsyre og alfa-aminosmørsyre.
Miller viste Urey disse beskjedne, men så meningsfulle resultatene (de beviste muligheten for utseendet av organiske stoffer under forholdene på den tidlige jorden), og forskere publiserte dem, selv om de ikke var uten problemer, i tidsskriftet Science. Bare Miller ble oppført blant forfatterne, ellers, fryktet Yuuri, ville all oppmerksomheten gå til ham, nobelprisvinneren, og ikke til den virkelige forfatteren av oppdagelsen.
MOSKVA, 21. januar - RIA Novosti. Amerikanske biologer har med suksess replikert et av de mest kjente eksperimentene på midten av 1900-tallet, det såkalte Miller-Urey-eksperimentet, og med suksess gjenskapt et sett med flere primære aminosyrer fra de enkleste uorganiske forbindelsene under en lang kjemisk evolusjon, iht. en artikkel publisert i tidsskriftet JoVE.
Forholdene på planeter i det tidlige universet var egnet for livets opprinnelseTemperaturen på den kosmiske mikrobølgebakgrunnen 15 millioner år etter Big Bang var opptil 30 grader Celsius, på grunn av dette kunne planetene, hvis de eksisterte på den tiden, ha flytende vann nødvendig for liv.Eric Parker fra Georgia Institute of Technology i Atlanta (USA) og kollegene hans prøvde å gjenta et av nøkkelstadiene i den kjemiske utviklingen av organiske stoffer på jorden, og fulgte i fotsporene til to kjente biokjemikere i verden - Stanley Miller og Harold Urey .
På midten av 1950-tallet testet Miller og Urey eksperimentelt og bekreftet sannheten i den abiogenetiske hypotesen om livets opprinnelse, hvis grunnlag ble formulert av den russiske biologen Alexander Oparin i 1922.
Miller og Urey prøvde å lage aminosyrer fra enkle forbindelser som vann, ammoniakk, karbonmonoksid og metan, og gjenskapte forholdene som rådet på den tidlige jorden. For å gjøre dette varmet de "primærbuljongen" med disse stoffene og førte dampen gjennom en kolbe som elektroder ble satt inn i, og avkjølte den deretter. Etter en tid begynte aminosyrer å dukke opp i denne "sirupen".
I de påfølgende årene gjentok forskere gjentatte ganger Miller-Urey-eksperimentet, men prosedyrene de brukte var for komplekse og forvirrende til å fullstendig verifisere resultatene. Forfatterne av artikkelen studerte beskrivelsen av Miller og Ureys eksperiment, forenklet det og utarbeidet en video som forklarer hvordan eksperimentet skal utføres.
"Våre resultater viser at aminosyrer, livets byggesteiner, kan dannes under de forholdene som rådde på den tidlige jorden. Miller ba ikke om å gjenta dette eksperimentet av den grunn at hans eksperimentelle oppsett kunne eksplodere. Hvis du leser beskrivelsen av hans metodikk, så vil det ikke være helt klart hvordan eksperimentet ble utført. Derfor har vi utarbeidet en sikker metodikk for å gjennomføre eksperimentet for interesserte kolleger, avslutter Parker.
Opplegg for eksperimentet.
Miller-eksperiment - Urey- et kjent klassisk eksperiment der hypotetiske forhold fra den tidlige perioden av jordens utvikling ble simulert for å teste muligheten for kjemisk evolusjon. Faktisk var det en eksperimentell test av hypotesen, tidligere uttrykt av Alexander Oparin og John Haldane, at forholdene som eksisterte på den primitive jorden favoriserte kjemiske reaksjoner som kunne føre til syntese av organiske molekyler fra uorganiske. Dirigert i 1953 av Stanley Miller og Harold Urey. Apparatet designet for eksperimentet inkluderte en blanding av gasser som tilsvarer de daværende ideene om sammensetningen av atmosfæren til den tidlige jorden, og elektriske utladninger passerte gjennom den.
Miller-Urey-eksperimentet regnes som et av de viktigste eksperimentene i studiet av livets opprinnelse på jorden. Primæranalyse viste tilstedeværelsen av 5 aminosyrer i den endelige blandingen. En mer nøyaktig reanalyse publisert i 2008 viste imidlertid at eksperimentet resulterte i dannelsen av 22 aminosyrer.
Beskrivelse av forsøket
Det sammensatte apparatet besto av to kolber forbundet med glassrør i en syklus. Gassen som fylte systemet var en blanding av metan (CH 4), ammoniakk (NH 3), hydrogen (H 2) og karbonmonoksid (CO). En kolbe var halvfylt med vann, som fordampet ved oppvarming og vanndampen falt ned i den øvre kolben, hvor elektriske utladninger ble påført ved hjelp av elektroder, som imiterte lynutladninger på den tidlige jorden. Gjennom et avkjølt rør returnerte den kondenserte dampen til den nedre kolben, og ga konstant sirkulasjon.
Etter en uke med kontinuerlig sykling fant Miller og Urey at 10-15 % av karbonet hadde gått i organisk form. Omtrent 2 % av karbonet viste seg å være i form av aminosyrer, med glycin som den mest tallrike av disse. Sukker, lipider og nukleinsyreforløpere er også funnet. Eksperimentet ble gjentatt flere ganger i 1953-1954. Miller brukte to versjoner av apparatet, hvorav den ene, den såkalte. "vulkanisk", hadde en viss innsnevring i røret, noe som førte til en akselerert strøm av vanndamp gjennom utslippskolben, som etter hans mening bedre simulerte vulkansk aktivitet. Interessant nok, en reanalyse av Millers prøver, utført 50 år senere av professoren og hans tidligere samarbeidspartner Jeffrey Bade (eng. Jeffrey L. Bada) ved hjelp av moderne forskningsmetoder fant 22 aminosyrer i prøver fra det "vulkaniske" apparatet, det vil si mye mer enn tidligere antatt.
Miller og Urey baserte sine eksperimenter på ideer fra 1950-tallet om den mulige sammensetningen av jordens atmosfære. Etter eksperimentene deres utførte mange forskere lignende eksperimenter i forskjellige modifikasjoner. Det ble vist at selv små endringer i prosessbetingelsene og sammensetningen av gassblandingen (for eksempel tilsetning av nitrogen eller oksygen) kan føre til svært betydelige endringer i både de resulterende organiske molekylene og effektiviteten til synteseprosessen. . For øyeblikket er spørsmålet om den mulige sammensetningen av jordens primære atmosfære fortsatt åpent. Imidlertid antas det at datidens høye vulkanske aktivitet også bidro til frigjøring av komponenter som karbondioksid (CO 2), nitrogen, hydrogensulfid (H 2 S), svoveldioksid (SO 2).
Kritikk av konklusjonene av eksperimentet
Konklusjonene om muligheten for kjemisk evolusjon, gjort på grunnlag av dette eksperimentet, blir kritisert. Hovedargumentet til kritikere er mangelen på en enkelt chiralitet i de syntetiserte aminosyrene. Faktisk var de resulterende aminosyrene en nesten like blanding av stereoisomerer, mens for aminosyrer av biologisk opprinnelse, inkludert de som er en del av proteiner, er overvekten av en av stereoisomerene svært karakteristisk. Av denne grunn er videre syntese av komplekse organiske stoffer som ligger til grunn for livet direkte fra den resulterende blandingen vanskelig. Ifølge kritikere, selv om syntesen av de viktigste organiske stoffene har blitt tydelig demonstrert, er den vidtrekkende konklusjonen om muligheten for kjemisk evolusjon, trukket direkte fra denne erfaringen, ikke fullt ut berettiget.
se også
Notater
Litteratur
- MILLER S.L. (mai 1953). "En produksjon av aminosyrer under mulige primitive jordforhold". Science (New York, N.Y.) 117 (3046): 528–9. PMID 13056598 .
- MILLER SL, UREY HC (juli 1959). "Syntese av organisk forbindelse på den primitive jorden". Science (New York, N.Y.) 130 (3370): 245–51. PMID 13668555 .
- Lazcano A, Bada JL (juni 2003). "
Miller-Urey-eksperimentet er et kjent klassisk eksperiment som simulerte hypotetiske forhold i den tidlige jorden for å teste muligheten for kjemisk evolusjon. Dirigert i 1953 av Stanley Miller og Harold Urey. Apparatet designet for eksperimentet inkluderte en blanding av gasser som tilsvarer de daværende ideene om sammensetningen av atmosfæren til den tidlige jorden, og elektriske utladninger passerte gjennom den.
Miller-Urey-eksperimentet regnes som et av de viktigste eksperimentene i studiet av livets opprinnelse på jorden. Primæranalyse viste tilstedeværelsen av 5 aminosyrer i den endelige blandingen. En mer nøyaktig reanalyse publisert i 2008 viste imidlertid at eksperimentet resulterte i dannelsen av 22 aminosyrer.
Beskrivelse av forsøket
Det sammensatte apparatet besto av to kolber forbundet med glassrør i en syklus. Gassen som fylte systemet var en blanding av metan (CH 4), ammoniakk (NH 3), hydrogen (H 2) og karbonmonoksid (CO). En kolbe var halvfylt med vann, som fordampet ved oppvarming og vanndampen falt ned i den øvre kolben, hvor elektriske utladninger ble påført ved hjelp av elektroder, som imiterte lynutladninger på den tidlige jorden. Gjennom et avkjølt rør returnerte den kondenserte dampen til den nedre kolben, og ga konstant sirkulasjon.
Etter en uke med kontinuerlig sykling fant Miller og Urey at 10-15 % av karbonet hadde gått i organisk form. Omtrent 2 % av karbonet viste seg å være i form av aminosyrer, med glycin som den mest tallrike av disse. Sukker, lipider og nukleinsyreforløpere er også funnet. Eksperimentet ble gjentatt flere ganger i 1953-1954. Miller brukte to versjoner av apparatet, hvorav den ene, den såkalte. "vulkanisk", hadde en viss innsnevring i røret, noe som førte til en akselerert strøm av vanndamp gjennom utslippskolben, som etter hans mening bedre simulerte vulkansk aktivitet. Interessant nok fant en reanalyse av Millers prøver, utført 50 år senere av professor og hans tidligere samarbeidspartner Jeffrey L. Bada, ved bruk av moderne forskningsmetoder, 22 aminosyrer i prøver fra det "vulkaniske" apparatet, det vil si mye mer enn det som ble ansett tidligere .
Miller og Urey baserte sine eksperimenter på ideer fra 1950-tallet om den mulige sammensetningen av jordens atmosfære. Etter eksperimentene deres utførte mange forskere lignende eksperimenter i forskjellige modifikasjoner. Det ble vist at selv små endringer i prosessbetingelsene og sammensetningen av gassblandingen (for eksempel tilsetning av nitrogen eller oksygen) kan føre til svært betydelige endringer i både de resulterende organiske molekylene og effektiviteten til synteseprosessen. . For øyeblikket er spørsmålet om den mulige sammensetningen av jordens primære atmosfære fortsatt åpent. Imidlertid antas det at datidens høye vulkanske aktivitet også bidro til frigjøring av komponenter som karbondioksid (CO 2), nitrogen, hydrogensulfid (H 2 S), svoveldioksid (SO 2).
Kritikk av konklusjonene av eksperimentet
Konklusjonene om muligheten for kjemisk evolusjon, gjort på grunnlag av dette eksperimentet, blir kritisert.
Som det blir klart, er et av hovedargumentene til kritikere mangelen på en enkelt chiralitet i de syntetiserte aminosyrene. De oppnådde aminosyrene var faktisk en nesten lik blanding av stereoisomerer, mens for aminosyrer av biologisk opprinnelse, inkludert de som er en del av proteiner, er overvekten av en av stereoisomerene ganske typisk. Av denne grunn er videre syntese av komplekse organiske stoffer som ligger til grunn for livet direkte fra den resulterende blandingen vanskelig. Ifølge kritikere, selv om syntesen av de viktigste organiske stoffene har blitt tydelig demonstrert, er den vidtrekkende konklusjonen om muligheten for kjemisk evolusjon, trukket direkte fra denne erfaringen, ikke fullt ut berettiget.
Mye senere, i 2001, viste Alan Saghatelyan at selvreplikerende peptidsystemer var i stand til effektivt å forsterke molekyler med en viss rotasjon i en racemisk blanding, og viste dermed at overvekt av en av stereoisomerene kunne oppstå naturlig. I tillegg er det vist at det er en mulighet for spontan forekomst av chiralitet i konvensjonelle kjemiske reaksjoner, og det er også kjente måter å syntetisere en rekke stereoisomerer, inkludert hydrokarboner og aminosyrer, i nærvær av optisk aktive katalysatorer. Imidlertid skjedde ingenting av den typen eksplisitt direkte i dette eksperimentet.
De prøver å løse problemet med kiralitet på andre måter, spesielt gjennom teorien om introduksjon av organisk materiale av meteoritter.
Biokjemiker Robert Shapiro påpekte at aminosyrene syntetisert av Miller og Urey er mye mindre komplekse molekyler enn nukleotider. Den enkleste av de 20 aminosyrene som er en del av naturlige proteiner har bare to karbonatomer, og 17 aminosyrer fra samme sett har seks eller flere. Aminosyrer og andre molekyler syntetisert av Miller og Urey inneholdt ikke mer enn tre karbonatomer. Og nukleotider i prosessen med slike eksperimenter ble aldri dannet i det hele tatt.
oppsummering av andre presentasjoner"Biokjemisk utvikling av Oparin" - 2) Dannelse i jordens primære reservoarer fra akkumulerte organiske forbindelser av biopolymerer, lipider, hydrokarboner. Essensen av hypotesen kokte ned til følgende... Opprinnelsen til liv på jorden er en lang evolusjonær prosess for dannelse av levende materie i dypet av livløs materie. 1) Syntese av innledende organiske forbindelser fra uorganiske stoffer under forholdene til den primære atmosfæren til den primitive jorden. Oparins teori. 1894-1980.
"Oparin-hypotesen" - Biografi. Hypotesen om livets spontane opprinnelse. Hypotesen om biokjemisk evolusjon. Hypotese om opprinnelsen til livet på jorden AI Oparina. Blodpropper kalt koacervatdråper. Biografi om A.I. Oparin. engelsk biolog. Alexander Ivanovich Oparin. Konsept. Levende celle. teorien om opprinnelsen til livet på jorden. Installasjon av Stanley Miller. Dannelse av jordens atmosfære. Stadier av livets opprinnelse på jorden.
"Teorier om biogenese og abiogenese" - Fravær av levende organismer. Teori om spontan generering. Storhetstiden til den klassiske læren om spontan generering. Teori om spontan generering. Ormer. Stadier av livets opprinnelse på jorden. Aminosyrer. Teori om biokjemisk evolusjon. Tilhengere av teorien om panspermia. Kreasjonisme. Teorier om biogenese og abiogenese om opprinnelsen til levende materie. Demokrit. Den engelske biokjemikeren og genetikeren John Haldane. Beskriv det biokjemiske stadiet av kjemisk evolusjon.
"Kjemisk evolusjon" - Panspermia-hypotesen. Utenomjordisk opprinnelse til mikroorganismer. Hypotesen om spontan generering. Geokronologi. Omtrent 8 millioner kjemiske forbindelser er kjent. Jordens geologiske historie er uatskillelig fra dens biologiske utvikling. Kjemisk evolusjon og biogenese. Geologisk målestokk. Protostar - Søn. Solen varmet interiøret. Radioaktivitet. Den russiske kjemikeren A.P. Rudenko. Når atomnummeret øker, avtar forekomsten av grunnstoffer.
"Teori om biokjemisk evolusjon" - Livet ble skapt av et overnaturlig vesen. Dannelsen av en membranstruktur. Hypotesen om biokjemisk evolusjon. En hypotese som betrakter livet som et resultat av en lang evolusjon. Det tredje stadiet var preget av isolasjon. Konsentrasjonen av stoffer i koacervat synker. Molekyler av mange stoffer. enkle molekyler. De første primitive levende organismer. Lange filamentøse molekyler. "Primærbuljong". En av hovedtrekkene til levende ting er evnen til å replikere.
"Hypothesis of biochemical evolution" - Prosessen som førte til fremveksten av liv på jorden. Livets opprinnelse på jorden. Primær buljong. Miller, Stanley Lloyd. Oparin-Haldane teori. Miller-Urey eksperiment. Ulike forhold. betingelsene for livets opprinnelse. Hypotese om A. I. Oparin. Coacervate dråper.
Laster inn...