Despre de ce nu vă pot plăcea experimentele, despre beneficiile seminariilor, despre noblețea unui lider științific și despre apariția celor vii pe fundalul Războiului Rece, vă spunem în secțiunea noastră „Istoria științei”.
Stanley Miller s-a născut în 1930 dintr-un avocat și profesor de școală. Din copilărie, băiatului i-a plăcut să citească, a studiat bine, a iubit natura, a făcut drumeții cu boy scouts. În urma fratelui său, a intrat la Universitatea din California, la fel ca el, pentru a studia chimia. După ce a trecut cu ușurință cursul universitar, s-a mutat la Universitatea din Chicago, care i-a oferit un post de asistent (după moartea tatălui său, nu și-a mai putut permite să studieze pur și simplu). A început o căutare lungă și dificilă pentru o temă pentru continuarea lucrărilor, un loc în care să-și aplice cunoștințele și mintea strălucitoare.
Considerând că experimentarea este „goală, consumatoare de timp și nu foarte importantă” (sau poate doar costisitoare), Miller a apelat la probleme teoretice. Unul dintre profesorii ale căror lucrări i-au atras atenția lui Miller a fost Edward Teller, care a studiat sinteza elementelor chimice din stele.
Totuși, Stanley Miller despre care vorbim astăzi s-a „născut” în toamna anului 1951, când a început să participe la seminariile profesorului Harold Urey, deja la acea vreme laureat al Nobel (pentru descoperirea deuteriului). În acel moment, Urey a fost dus de cosmochimie, evoluția elementelor chimice din stele și planete și a făcut o presupunere cu privire la compoziția atmosferei timpurii a Pământului. El credea că sinteza substanțelor organice este posibilă în medii similare cu atmosfera antică a pământului. Aceste idei l-au fascinat pe Miller (atât de mult încât și-a amintit detaliile prelegerilor zeci de ani mai târziu) și a trecut mai departe cu cercetarea lui la Urey.
Harold Urey
Wikimedia Commons
Astfel, Miller a abordat o problemă care a atras mulți oameni de știință. William Harvey, Francesco Redi, Louis Pasteur, Lazzaro Spallanzani, Jakob Berzelius, Friedrich Wöhler au argumentat dacă lucrurile vii pot apărea din lucruri nevii (și nici măcar despre asta nu am scris deja în Istoria Științei).
Controversa nu s-a potolit nici măcar în secolul al XX-lea. Aici a adus o mare contribuție compatriotul nostru Alexander Oparin. În anii 1920, a publicat un articol „Despre originea vieții”, în care și-a conturat teoria despre originea viețuitoarelor din „ciorba primordială”. Oparin a sugerat că apariția substanțelor organice este posibilă în zonele cu concentrație mare de compuși macromoleculari. Când astfel de zone au dobândit o coajă care le-a separat parțial de mediu, s-au transformat în picături coacervate - conceptul cheie al teoriei Oparin-Haldane (aproximativ în același timp, idei similare au fost dezvoltate de biologul britanic John Haldane). În interiorul acestor picături se pot forma substanțe organice simple, urmate de compuși complecși: proteine, aminoacizi. Prin absorbția substanțelor din mediu, picăturile pot crește și se pot împărți.
Dar înapoi la Miller. La început, entuziasmul și dorința lui de a organiza un fel de experiment și de a testa teoria nu i-au găsit la început simpatie cu Yuri: un student absolvent nu ar trebui să urce în necunoscut, este mai bine dacă face ceva mai simplu. În cele din urmă, profesorul a cedat, dar i-a dat lui Miller un an. Nu vor fi rezultate, subiectul va trebui schimbat.
Miller s-a pus pe treabă: a luat datele lui Urey privind compoziția atmosferei timpurii și a sugerat că sinteza compușilor necesari apariției vieții ar putea fi stimulată printr-o descărcare electrică (se crede că fulgerul nu era neobișnuit pe Pământ chiar și în antichitate). Configurația a constat din două baloane conectate prin tuburi de sticlă. În balonul inferior se afla un lichid, în cel superior - un amestec de gaze: metan, amoniac și hidrogen - și abur. Electrozii au fost, de asemenea, conectați la balonul superior, creând o descărcare electrică. În diferite locuri, acest sistem a fost încălzit și răcit, iar substanța a circulat continuu.
Experimentul Miller - Urey
Wikimedia Commons
După o săptămână, experimentul a fost oprit și balonul cu lichidul răcit a fost scos. Miller a descoperit că 10-15% din carbon a intrat în formă organică. Folosind cromatografia pe hârtie, a observat urme de glicină (au apărut deja în a doua zi a experimentului), acid alfa- și beta-aminopropionic, acizi aspartic și alfa-aminobutiric.
Miller i-a arătat lui Urey aceste rezultate modeste, dar atât de semnificative (au dovedit posibilitatea apariției substanțelor organice în condițiile Pământului timpuriu), iar oamenii de știință, deși nu fără probleme, le-au publicat în revista Science. Doar Miller a fost trecut printre autori, altfel, se temea Yuuri, toată atenția s-ar îndrepta către el, laureatul Nobel, și nu către adevăratul autor al descoperirii.
MOSCOVA, 21 ianuarie - RIA Novosti. Biologii americani au replicat cu succes unul dintre cele mai faimoase experimente de la mijlocul secolului al XX-lea, așa-numitul experiment Miller-Urey, și au recreat cu succes un set de mai mulți aminoacizi primari din cei mai simpli compuși anorganici în timpul unei lungi evoluții chimice, potrivit un articol publicat în revista JoVE.
Condițiile de pe planetele din universul timpuriu erau potrivite pentru originea viețiiTemperatura fundalului cosmic cu microunde la 15 milioane de ani după Big Bang a fost de până la 30 de grade Celsius, datorită căruia planetele, dacă ar exista în acel moment, ar putea avea apă lichidă necesară vieții.Eric Parker de la Georgia Institute of Technology din Atlanta (SUA) și colegii săi au încercat să repete una dintre etapele cheie ale evoluției chimice a substanțelor organice pe Pământ, pe urmele a doi biochimiști celebri ai lumii - Stanley Miller și Harold Urey .
La mijlocul anilor 1950, Miller și Urey au testat și au confirmat experimental adevărul ipotezei abiogenetice despre originea vieții, ale cărei fundații au fost formulate de biologul rus Alexander Oparin în 1922.
Miller și Urey au încercat să creeze aminoacizi din compuși simpli precum apa, amoniacul, monoxidul de carbon și metanul, recreând condițiile care predominau pe Pământul timpuriu. Pentru a face acest lucru, au încălzit „bulionul primar” cu aceste substanțe și au trecut aburul printr-un balon în care au fost introduși electrozi, apoi l-au răcit. După ceva timp, aminoacizii au început să apară în acest „sirop”.
În anii următori, oamenii de știință au repetat în mod repetat experimentul Miller-Urey, dar procedurile pe care le-au folosit au fost prea complexe și confuze pentru a le verifica pe deplin rezultatele. Autorii articolului au studiat descrierea experimentului lui Miller și Urey, au simplificat-o și au pregătit un videoclip care explică modul de desfășurare a experimentului.
"Rezultatele noastre arată că aminoacizii, elementele de bază ale vieții, se pot forma în condițiile care au predominat pe Pământul timpuriu. Miller nu a cerut repetarea acestui experiment pentru că configurația sa experimentală ar putea exploda. Dacă citiți descrierea metodologia sa, atunci nu va fi pe deplin clar cum a fost efectuat experimentul. Prin urmare, am pregătit o metodologie sigură de desfășurare a experimentului pentru colegii interesați”, conchide Parker.
Schema experimentului.
Experimentul Miller - Urey- un celebru experiment clasic în care au fost simulate condiții ipotetice din perioada timpurie a dezvoltării Pământului pentru a testa posibilitatea evoluției chimice. De fapt, a fost un test experimental al ipotezei, exprimată anterior de Alexander Oparin și John Haldane, că condițiile care existau pe Pământul primitiv au favorizat reacții chimice care ar putea duce la sinteza moleculelor organice din cele anorganice. Dirijată în 1953 de Stanley Miller și Harold Urey. Aparatul proiectat pentru experiment a inclus un amestec de gaze corespunzător ideilor de atunci despre compoziția atmosferei Pământului timpuriu și prin el treceau descărcări electrice.
Experimentul Miller-Urey este considerat unul dintre cele mai importante experimente în studiul originii vieții pe Pământ. Analiza primară a arătat prezența a 5 aminoacizi în amestecul final. Cu toate acestea, o reanaliza mai precisă publicată în 2008 a arătat că experimentul a dus la formarea a 22 de aminoacizi.
Descrierea experimentului
Aparatul asamblat a constat din două baloane conectate prin tuburi de sticlă într-un ciclu. Gazul care umple sistemul a fost un amestec de metan (CH4), amoniac (NH3), hidrogen (H2) și monoxid de carbon (CO). Un balon a fost umplut pe jumătate cu apă, care s-a evaporat la încălzire, iar vaporii de apă au căzut în balonul superior, unde s-au aplicat descărcări electrice folosind electrozi, imitând descărcările fulgerelor de pe Pământul timpuriu. Printr-un tub răcit, vaporii condensați s-au întors în balonul inferior, oferind circulație constantă.
După o săptămână de ciclism continuu, Miller și Urey au descoperit că 10-15% din carbon a intrat în formă organică. Aproximativ 2% din carbon s-a dovedit a fi sub formă de aminoacizi, glicina fiind cea mai abundentă dintre aceștia. Au fost găsite, de asemenea, zaharuri, lipide și precursori de acizi nucleici. Experimentul a fost repetat de mai multe ori în 1953-1954. Miller a folosit două versiuni ale aparatului, dintre care una, așa-numita. „vulcanic”, avea o anumită constricție în tub, ceea ce a dus la un flux accelerat de vapori de apă prin balonul de descărcare, care, în opinia sa, simula mai bine activitatea vulcanică. Interesant este o reanaliza a mostrelor lui Miller, efectuată 50 de ani mai târziu de profesor și fostul său colaborator Jeffrey Baid (ing. Jeffrey L. Bada) folosind metode moderne de cercetare, a găsit 22 de aminoacizi în probe din aparatul „vulcanic”, adică mult mai mult decât se credea anterior.
Miller și Urey și-au bazat experimentele pe idei din anii 1950 despre posibila compoziție a atmosferei Pământului. După experimentele lor, mulți cercetători au efectuat experimente similare cu diferite modificări. S-a demonstrat că chiar și modificări mici ale condițiilor de proces și ale compoziției amestecului de gaze (de exemplu, adăugarea de azot sau oxigen) ar putea duce la modificări foarte semnificative atât în moleculele organice rezultate, cât și în eficiența procesului de sinteză a acestora. . În prezent, problema posibilei compoziții a atmosferei primare a Pământului rămâne deschisă. Cu toate acestea, se crede că activitatea vulcanică ridicată din acea vreme a contribuit și la eliberarea unor componente precum dioxid de carbon (CO 2 ), azot, hidrogen sulfurat (H 2 S), dioxid de sulf (SO 2).
Critica concluziilor experimentului
Sunt criticate concluziile despre posibilitatea evoluției chimice, făcute pe baza acestui experiment. Principalul argument al criticilor este lipsa unei singure chiralitate a aminoacizilor sintetizați. Într-adevăr, aminoacizii rezultați au fost un amestec aproape egal de stereoizomeri, în timp ce pentru aminoacizii de origine biologică, inclusiv cei care fac parte din proteine, predominanța unuia dintre stereoizomeri este foarte caracteristică. Din acest motiv, sinteza ulterioară a substanțelor organice complexe care stau la baza vieții direct din amestecul rezultat este dificilă. Potrivit criticilor, deși sinteza celor mai importante substanțe organice a fost clar demonstrată, concluzia de anvergură despre posibilitatea evoluției chimice, extrasă direct din acest experiment, nu este pe deplin justificată.
Vezi si
Note
Literatură
- MILLER S.L. (mai 1953). „O producție de aminoacizi în posibile condiții de pământ primitiv”. Știință (New York, N.Y.) 117 (3046): 528–9. PMID 13056598 .
- MILLER SL, UREY HC (iulie 1959). „Sinteza compusului organic pe pământul primitiv”. Știință (New York, N.Y.) 130 (3370): 245–51. PMID 13668555 .
- Lazcano A, Bada JL (iunie 2003). "
Experimentul Miller-Urey este un experiment clasic celebru care a simulat condiții ipotetice de la începutul Pământului pentru a testa posibilitatea evoluției chimice. Dirijată în 1953 de Stanley Miller și Harold Urey. Aparatul proiectat pentru experiment a inclus un amestec de gaze corespunzător ideilor de atunci despre compoziția atmosferei Pământului timpuriu și prin el treceau descărcări electrice.
Experimentul Miller-Urey este considerat unul dintre cele mai importante experimente în studiul originii vieții pe Pământ. Analiza primară a arătat prezența a 5 aminoacizi în amestecul final. Cu toate acestea, o reanaliza mai precisă publicată în 2008 a arătat că experimentul a dus la formarea a 22 de aminoacizi.
Descrierea experimentului
Aparatul asamblat a constat din două baloane conectate prin tuburi de sticlă într-un ciclu. Gazul care umple sistemul a fost un amestec de metan (CH4), amoniac (NH3), hidrogen (H2) și monoxid de carbon (CO). Un balon a fost umplut pe jumătate cu apă, care s-a evaporat la încălzire, iar vaporii de apă au căzut în balonul superior, unde s-au aplicat descărcări electrice folosind electrozi, imitând descărcările fulgerelor de pe Pământul timpuriu. Printr-un tub răcit, vaporii condensați s-au întors în balonul inferior, oferind circulație constantă.
După o săptămână de ciclism continuu, Miller și Urey au descoperit că 10-15% din carbon a intrat în formă organică. Aproximativ 2% din carbon s-a dovedit a fi sub formă de aminoacizi, glicina fiind cea mai abundentă dintre aceștia. De asemenea, s-au găsit zaharuri, lipide și precursori de acizi nucleici. Experimentul a fost repetat de mai multe ori în 1953-1954. Miller a folosit două versiuni ale aparatului, dintre care una, așa-numita. „vulcanic”, avea o anumită constricție în tub, ceea ce a dus la un flux accelerat de vapori de apă prin balonul de descărcare, care, în opinia sa, simula mai bine activitatea vulcanică. Interesant este că o reanaliza a probelor lui Miller, efectuată 50 de ani mai târziu de profesorul și fostul său colaborator Jeffrey L. Bada, folosind metode moderne de cercetare, a găsit 22 de aminoacizi în probele din aparatul „vulcanic”, adică mult mai mulți decât se considerase mai devreme. .
Miller și Urey și-au bazat experimentele pe idei din anii 1950 despre posibila compoziție a atmosferei Pământului. După experimentele lor, mulți cercetători au efectuat experimente similare cu diferite modificări. S-a demonstrat că chiar și modificări mici ale condițiilor de proces și ale compoziției amestecului de gaze (de exemplu, adăugarea de azot sau oxigen) ar putea duce la modificări foarte semnificative atât în moleculele organice rezultate, cât și în eficiența procesului de sinteză a acestora. . În prezent, problema posibilei compoziții a atmosferei primare a Pământului rămâne deschisă. Cu toate acestea, se crede că activitatea vulcanică ridicată din acea vreme a contribuit și la eliberarea unor componente precum dioxid de carbon (CO 2 ), azot, hidrogen sulfurat (H 2 S), dioxid de sulf (SO 2).
Critica concluziilor experimentului
Sunt criticate concluziile despre posibilitatea evoluției chimice, făcute pe baza acestui experiment.
După cum devine clar, unul dintre principalele argumente ale criticilor este lipsa unei chiralitate unică a aminoacizilor sintetizați. Într-adevăr, aminoacizii obținuți au fost un amestec aproape egal de stereoizomeri, în timp ce pentru aminoacizii de origine biologică, inclusiv cei care fac parte din proteine, predominanța unuia dintre stereoizomeri este destul de tipică. Din acest motiv, sinteza ulterioară a substanțelor organice complexe care stau la baza vieții direct din amestecul rezultat este dificilă. Potrivit criticilor, deși sinteza celor mai importante substanțe organice a fost clar demonstrată, concluzia de anvergură despre posibilitatea evoluției chimice, extrasă direct din acest experiment, nu este pe deplin justificată.
Mult mai târziu, în 2001, Alan Saghatelyan a arătat că sistemele de peptide autoreplicabile au fost capabile să amplifice eficient moleculele cu o anumită rotație într-un amestec racemic, arătând astfel că predominanța unuia dintre stereoizomeri ar putea apărea în mod natural. În plus, s-a demonstrat că există o posibilitate de apariție spontană a chiralității în reacțiile chimice convenționale și, de asemenea, sunt cunoscute modalități de a sintetiza un număr de stereoizomeri, inclusiv hidrocarburi și aminoacizi, în prezența catalizatorilor optic activi. Cu toate acestea, nimic de acest fel nu sa întâmplat în mod explicit direct în acest experiment.
Ei încearcă să rezolve problema chiralității în alte moduri, în special, prin teoria introducerii materiei organice de către meteoriți.
Biochimistul Robert Shapiro a subliniat că aminoacizii sintetizați de Miller și Urey sunt molecule mult mai puțin complexe decât nucleotidele. Cel mai simplu dintre cei 20 de aminoacizi care fac parte din proteinele naturale are doar doi atomi de carbon, iar 17 aminoacizi din același set au șase sau mai mulți. Aminoacizii și alte molecule sintetizate de Miller și Urey nu conțineau mai mult de trei atomi de carbon. Și nucleotidele în procesul unor astfel de experimente nu s-au format niciodată deloc.
rezumatul altor prezentări„Evoluția biochimică a Oparinei” - 2) Formarea în rezervoarele primare ale Pământului din compușii organici acumulați de biopolimeri, lipide, hidrocarburi. Esența ipotezei s-a rezumat la următoarele... Originea vieții pe Pământ este un lung proces evolutiv de formare a materiei vii în adâncurile materiei neînsuflețite. 1) Sinteza compusilor organici initiali din substante anorganice in conditiile atmosferei primare a Pamantului primitiv. teoria lui Oparin. 1894-1980.
„Ipoteza Oparin” - Biografie. Ipoteza originii spontane a vieții. Ipoteza evoluției biochimice. Ipoteza originii vieții pe Pământ AI Oparina. Cheaguri numite picături coacervate. Biografia lui A.I. Oparin. biolog englez. Alexandru Ivanovici Oparin. Concept. Celulă vie. teoria originii vieții pe pământ. Instalare de Stanley Miller. Formarea atmosferei Pământului. Etapele originii vieții pe Pământ.
„Teoriile biogenezei și abiogenezei” – Absența organismelor vii. Teoria generației spontane. Perioada de glorie a doctrinei clasice a generației spontane. Teoria generației spontane. Viermi. Etapele originii vieții pe Pământ. Aminoacizi. Teoria evoluției biochimice. Susținătorii teoriei panspermiei. Creaționismul. Teorii ale biogenezei și abiogenezei despre originea materiei vii. Democrit. Biochimistul și geneticianul englez John Haldane. Descrieți stadiul biochimic al evoluției chimice.
„Evoluția chimică” - Ipoteza panspermiei. Originea extraterestră a microorganismelor. Ipoteza generarii spontane. Geocronologie. Sunt cunoscuți aproximativ 8 milioane de compuși chimici. Istoria geologică a Pământului este inseparabilă de evoluția sa biologică. Evoluție chimică și biogeneză. Scara geologică. Protostar - Soare. Soarele a încălzit interiorul. Radioactivitate. Chimistul rus A.P. Rudenko. Pe măsură ce numărul atomic crește, prevalența elementelor scade.
„Teoria evoluției biochimice” – Viața a fost creată de o ființă supranaturală. Formarea unei structuri membranare. Ipoteza evoluției biochimice. O ipoteză care consideră viața ca rezultat al unei lungi evoluții. A treia etapă a fost caracterizată de izolare. Concentrația substanțelor din coacervat scade. Molecule din multe substanțe. molecule simple. Primele organisme vii primitive. Molecule filamentoase lungi. „Culion primar”. Una dintre principalele caracteristici ale viețuitoarelor este capacitatea de a se reproduce.
„Ipoteza evoluției biochimice” – Procesul care a dus la apariția vieții pe Pământ. Originea vieții pe pământ. Bulion primar. Miller, Stanley Lloyd. Teoria Oparin-Haldane. Experimentul Miller-Urey. Aspecte variate. condiţiile pentru originea vieţii. Ipoteza lui A. I. Oparin. Coacervați picăturile.
Se încarcă...