Deneyleri neden sevmeyebileceğinizi, seminerlerin faydalarını, bilimsel süpervizörün asaletini, Soğuk Savaş'ın arka planında yaşamın ortaya çıkışını “Bilim Tarihi” bölümümüzde konuşuyoruz.
Stanley Miller, 1930'da bir avukat ve öğretmen ailesinde doğdu. Çocukluğundan beri çocuk okumayı severdi, iyi çalıştı, doğayı severdi ve izcilerle yürüyüşe çıktı. Kardeşinin ardından kendisi gibi Kaliforniya Üniversitesi'ne kimya okumak üzere girdi. Üniversite kursunu kolayca geçtikten sonra, kendisine asistan olarak bir pozisyon teklif eden Chicago Üniversitesi'ne taşındı (babasının ölümünden sonra artık sadece ders çalışmaya gücü yetmiyordu). Daha fazla çalışma konusu, bilgimi ve parlak zekamı uygulayabileceğim bir yer bulmak için uzun ve zorlu bir arayış başladı.
Deneylerin "boş, zaman alıcı ve o kadar da önemli olmayan" (veya belki de sadece pahalı) olduğunu düşünen Miller, teorik problemlere yöneldi. Çalışmaları Miller'in dikkatini çeken profesörlerden biri de yıldızlardaki kimyasal elementlerin sentezini inceleyen Edward Teller'dı.
Ancak bugün bahsettiğimiz Stanley Miller, 1951 sonbaharında, o dönemde Nobel ödüllü (döteryumun keşfi nedeniyle) Profesör Harold Urey ile seminerlere katılmaya başladığında “doğdu”. O zamana kadar Yuri kozmokimyaya, yani yıldızlar ve gezegenlerdeki kimyasal elementlerin evrimine ilgi duymaya başladı ve Dünya'nın ilk atmosferinin bileşimi hakkında bir varsayımda bulundu. Antik dünya atmosferine benzer ortamlarda organik maddelerin sentezinin mümkün olduğuna inanıyordu. Bu fikirler Miller'ı büyüledi (o kadar ki onlarca yıl sonra derslerin ayrıntılarını hatırladı) ve araştırmasını Urey'e götürdü.
Harold Urey
Wikimedia Commons'ı
Böylece Miller birçok bilim insanının ilgisini çeken bir sorunu ele aldı. William Harvey, Francesco Redi, Louis Pasteur, Lazzaro Spallanzani, Jacob Berzelius, Friedrich Wöhler, canlıların cansızlardan meydana gelip gelmediğini tartıştılar (hatta bu, Bilim Tarihi'nde hakkında yazdığımız herkes için geçerli değil).
Tartışma 20. yüzyılda azalmadı. Yurttaşımız Alexander Oparin'in burada büyük katkısı oldu. 1920'lerde "Yaşamın Kökeni Üzerine" adlı bir makale yayınladı ve burada yaşamın kökenine ilişkin teorisini "ilkel çorba"dan özetledi. Oparin, yüksek molekül ağırlıklı bileşiklerin konsantrasyonunun arttığı alanlarda organik maddelerin ortaya çıkmasının mümkün olduğunu öne sürdü. Bu tür bölgeler, kendilerini çevreden kısmen ayıran bir kabuk edindiğinde, koaservat damlalara dönüştüler; bu, Oparin-Haldane teorisinin temel kavramlarından biridir (yaklaşık aynı zamanlarda, benzer fikirler İngiliz biyolog John Haldane tarafından da geliştirildi). Bu damlacıkların içinde basit organik maddeler oluşabilir, ardından proteinler, amino asitler gibi karmaşık bileşikler gelebilir. Damlacıklar dış ortamdan madde emerek büyüyebilir ve bölünebilir.
Ancak Miller'a dönelim. Bir tür deney düzenleme ve teoriyi test etme konusundaki coşkusu ve arzusu, ilk başta Yuri'nin sempatisini bulamadı: bir yüksek lisans öğrencisi bilinmeyene girmemeli, daha basit bir şey yapması daha iyidir. Sonunda profesör yumuşadı ama Miller'a bir yıl süre verdi. Sonuç olmayacak, konunun değiştirilmesi gerekecek.
Miller işe koyuldu: Urey'in erken atmosferin bileşimi hakkındaki verilerini aldı ve yaşamın ortaya çıkması için gerekli bileşiklerin sentezinin bir elektrik deşarjı tarafından uyarılabileceğini öne sürdü (eski zamanlarda yıldırımın Dünya'da nadir olmadığına inanılıyor) ). Kurulum, cam tüplerle birbirine bağlanan iki şişeden oluşuyordu. Alt şişede sıvı, üst şişede ise metan, amonyak, hidrojen ve buhardan oluşan bir gaz karışımı vardı. Üst şişeye elektrotlar da bağlanarak bir elektrik deşarjı oluşturuldu. Farklı yerlerde bu sistem ısıtılıp soğutuluyordu ve madde sürekli olarak dolaştırılıyordu.
Miller-Urey Deneyi
Wikimedia Commons'ı
Bir hafta sonra deney durduruldu ve soğutulmuş sıvının bulunduğu şişe çıkarıldı. Miller, karbonun %10-15'inin organik forma dönüştüğünü buldu. Kağıt kromatografisini kullanarak, glisin (deneyin ikinci gününde ortaya çıktılar), alfa ve beta aminopropiyonik asit, aspartik ve alfa aminobutirik asit izlerini fark etti.
Miller, Urey'e bu mütevazı görünen ama çok önemli sonuçları gösterdi (organik maddenin erken Dünya koşullarında ortaya çıkma olasılığını kanıtladılar) ve bilim adamları, sorunsuz olmasa da, bunları Science dergisinde yayınladılar. Yazar olarak yalnızca Miller listelenmişti, aksi takdirde Yuri, tüm dikkatin keşfin gerçek yazarına değil, Nobel ödüllü kendisine yönelmesinden korkuyordu.
MOSKOVA, 21 Ocak – RIA Novosti. Amerikalı biyologlar, 20. yüzyılın ortalarındaki en ünlü deneylerden biri olan Miller-Urey deneyini başarıyla tekrarladılar ve uzun bir kimyasal evrim sırasında en basit inorganik bileşiklerden birkaç birincil amino asit kümesini başarıyla yeniden yarattılar. JoVE dergisinde yayınlanan bir makale.
Evrenin erken dönemlerinde gezegenlerdeki koşullar yaşamın ortaya çıkması için uygunduBüyük Patlama'dan 15 milyon yıl sonra kozmik mikrodalga arka planının sıcaklığı 30 santigrat dereceye kadar çıktı, bu nedenle gezegenler o dönemde var olsalardı yaşam için gerekli sıvı suya sahip olabilirlerdi.Atlanta'daki (ABD) Georgia Teknoloji Enstitüsü'nden Eric Parker ve meslektaşları, dünyadaki iki ünlü biyokimyacının (Stanley Miller ve Harold) ayak izlerini takip ederek, Dünya'daki organik maddenin kimyasal evrimindeki önemli aşamalardan birini tekrarlamaya çalıştılar. Urey.
Geçen yüzyılın 50'li yıllarının ortalarında Miller ve Urey, temelleri 1922'de Rus biyolog Alexander Oparin tarafından formüle edilen yaşamın kökenine ilişkin abiogenetik hipotezin doğruluğunu deneysel olarak test etti ve doğruladı.
Miller ve Urey, su, amonyak, karbon monoksit ve metan gibi basit bileşiklerden amino asitler oluşturmaya çalışarak, ilk Dünya'da geçerli olan koşulları yeniden yaratmaya çalıştı. Bunu yapmak için, bu maddelerle "birincil et suyunu" ısıttılar ve içine elektrotların yerleştirildiği bir şişeden buhar geçirip sonra soğuttular. Bir süre sonra bu "şurup"ta amino asitler ortaya çıkmaya başladı.
Sonraki yıllarda bilim insanları Miller-Urey deneyini defalarca tekrarladılar ancak kullandıkları prosedürler, sonuçları tam olarak doğrulamak için fazla karmaşık ve kafa karıştırıcıydı. Makalenin yazarları, Miller ve Urey'in deneyin açıklamasını inceleyerek basitleştirdiler ve deneyin nasıl yapılacağını anlatan bir video hazırladılar.
"Sonuçlarımız, "yaşamın yapı taşları" olan amino asitlerin, Dünya'nın ilk zamanlarında hüküm süren koşullar altında oluşabileceğini gösteriyor. Miller, deney düzeneğinin patlayabileceği gerekçesiyle bu deneyin tekrarlanması çağrısında bulunmadı. Metodolojisinin açıklaması, o zaman deneyin nasıl gerçekleştirildiği tam olarak belli olmayacak. Bu nedenle, ilgilenen meslektaşlarımız için deneyi yürütmek için güvenli bir yöntem hazırladık" diye bitiriyor Parker.
Deneysel tasarım.
Miller-Urey Deneyi kimyasal evrimin olasılığını test etmek için Dünya'nın gelişiminin erken dönemindeki varsayımsal koşulların simüle edildiği ünlü klasik bir deneydir. Aslında bu, daha önce Alexander Oparin ve John Haldane tarafından öne sürülen, ilkel Dünya'da var olan koşulların, inorganik moleküllerden organik moleküllerin sentezine yol açabilecek kimyasal reaksiyonları desteklediği yönündeki hipotezin deneysel bir testiydi. 1953 yılında Stanley Miller ve Harold Urey tarafından yürütülmüştür. Deney için tasarlanan aparat, erken Dünya atmosferinin bileşimi hakkındaki o zamanki fikirlere karşılık gelen bir gaz karışımını ve içinden geçen elektrik deşarjlarını içeriyordu.
Miller-Urey deneyi, Dünya'daki yaşamın kökenini inceleyen en önemli deneylerden biri olarak kabul ediliyor. Birincil analiz, nihai karışımda 5 amino asidin varlığını gösterdi. Ancak 2008'de yayınlanan daha kesin bir yeniden analiz, deneyin 22 amino asit oluşumuyla sonuçlandığını gösterdi.
Deneyin açıklaması
Birleştirilen aparat, bir döngüde cam tüplerle birbirine bağlanan iki şişeden oluşuyordu. Sistemi dolduran gaz, metan (CH4), amonyak (NH3), hidrojen (H2) ve karbon monoksitin (CO) karışımıydı. Bir şişenin yarısı suyla doluydu, ısıtıldığında buharlaşıyordu ve su buharı üstteki şişeye düşüyordu; burada elektrotlar kullanılarak elektrik deşarjları uygulanıyor, bu da Dünya'nın erken dönemlerindeki yıldırım deşarjlarını simüle ediyordu. Soğutulmuş bir tüp aracılığıyla yoğunlaşan buhar alt şişeye geri dönerek sürekli sirkülasyon sağladı.
Bir haftalık sürekli döngüden sonra Miller ve Urey, karbonun %10-15'inin organik forma dönüştüğünü buldu. Karbonun yaklaşık %2'si amino asitler formundaydı; en bol olanı ise glisindi. Şekerler, lipitler ve nükleik asit öncülleri de keşfedildi. Deney 1953-1954'te birkaç kez tekrarlandı. Miller, cihazın iki versiyonunu kullandı; bunlardan biri sözde. "volkanik", tüpte belirli bir daralmaya sahipti, bu da, ona göre volkanik aktiviteyi daha iyi simüle eden, boşaltma şişesinden su buharının hızlandırılmış akışına yol açtı. İlginç bir şekilde, Miller'in örneklerinin yeniden analizi, 50 yıl sonra profesör ve eski çalışanı Geoffrey Bade (eng. Jeffrey L.Bada) modern araştırma yöntemlerini kullanarak, "volkanik" aparattan alınan örneklerde 22 amino asit keşfetti; bu, daha önce düşünülenden çok daha fazlaydı.
Miller ve Urey deneylerini 1950'lerden kalma, Dünya atmosferinin olası bileşimi hakkındaki fikirlere dayandırdılar. Deneylerinin ardından birçok araştırmacı, çeşitli modifikasyonlarda benzer deneyler yaptı. Proses koşullarındaki ve gaz karışımının bileşimindeki küçük değişikliklerin bile (örneğin nitrojen veya oksijen ilavesi), hem ortaya çıkan organik moleküllerde hem de bunların sentez prosesinin verimliliğinde çok önemli değişikliklere yol açabileceği gösterilmiştir. . Şu anda, birincil dünya atmosferinin olası bileşimi sorusu hala açık. Ancak o zamanın yüksek volkanik aktivitesinin aynı zamanda karbondioksit (CO2), nitrojen, hidrojen sülfür (H2S), kükürt dioksit (SO2) gibi bileşenlerin salınmasına da katkıda bulunduğuna inanılmaktadır.
Deneyin sonuçlarının eleştirisi
Bu deneyden kimyasal evrimin olasılığına ilişkin sonuçlar eleştirildi. Eleştirmenlerin ana argümanı, sentezlenen amino asitlerde tek tip kiralitenin olmamasıdır. Gerçekte, ortaya çıkan amino asitler stereoizomerlerin hemen hemen eşit bir karışımı iken, proteinlerin içerdiğiler de dahil olmak üzere biyolojik kökenli amino asitler, stereoizomerlerden birinin baskınlığı ile karakterize edilir. Bu nedenle, yaşamın temelini oluşturan karmaşık organik maddelerin doğrudan ortaya çıkan karışımdan daha fazla sentezlenmesi zordur. Eleştirmenlere göre, her ne kadar en önemli organik maddelerin sentezi açıkça kanıtlanmış olsa da, doğrudan bu deneyimden yola çıkılarak kimyasal evrimin olasılığına ilişkin varılan geniş kapsamlı sonuç tam anlamıyla doğrulanmamıştır.
Ayrıca bakınız
Notlar
Edebiyat
- MILLER SL (Mayıs 1953). "Olası ilkel dünya koşullarında amino asitlerin üretimi." Bilim (New York, NY) 117 (3046): 528–9. PMID13056598.
- MILLER SL, UREY HC (Temmuz 1959). "İlkel dünyada organik bileşik sentezi." Bilim (New York, NY) 130 (3370): 245–51. PMID13668555.
- Lazcano A, Bada JL (Haziran 2003). "
Miller-Urey deneyi, kimyasal evrim olasılığını test etmek için Dünya'nın erken gelişimi sırasındaki varsayımsal koşulları simüle eden iyi bilinen klasik bir deneydir. 1953'te Stanley Miller ve Harold Urey tarafından yönetildi. Deney için tasarlanan aparat, erken Dünya atmosferinin bileşimi hakkındaki o zamanki fikirlere karşılık gelen bir gaz karışımını ve içinden geçen elektrik deşarjlarını içeriyordu.
Miller-Urey deneyi, Dünya'daki yaşamın kökenini inceleyen en önemli deneylerden biri olarak kabul ediliyor. Birincil analiz, nihai karışımda 5 amino asidin varlığını gösterdi. Ancak 2008'de yayınlanan daha kesin bir yeniden analiz, deneyin 22 amino asit oluşumuyla sonuçlandığını gösterdi.
Deneyin açıklaması
Birleştirilen aparat, bir döngüde cam tüplerle birbirine bağlanan iki şişeden oluşuyordu. Sistemi dolduran gaz, metan (CH4), amonyak (NH3), hidrojen (H2) ve karbon monoksitin (CO) karışımıydı. Bir şişenin yarısı suyla doluydu, ısıtıldığında buharlaşıyordu ve su buharı üstteki şişeye düşüyordu; burada elektrotlar kullanılarak elektrik deşarjları uygulanıyor, bu da Dünya'nın erken dönemlerindeki yıldırım deşarjlarını simüle ediyordu. Soğutulmuş bir tüp aracılığıyla yoğunlaşan buhar alt şişeye geri dönerek sürekli sirkülasyon sağladı.
Bir haftalık sürekli döngüden sonra Miller ve Urey, karbonun %10-15'inin organik forma dönüştüğünü buldu. Karbonun yaklaşık %2'si amino asitler formundaydı; en bol olanı ise glisindi. Şekerler, lipitler ve nükleik asit öncülleri de keşfedildi. Deney 1953-1954'te birkaç kez tekrarlandı. Miller, cihazın iki versiyonunu kullandı; bunlardan biri sözde. "volkanik", tüpte belirli bir daralmaya sahipti, bu da, ona göre volkanik aktiviteyi daha iyi simüle eden, boşaltma şişesinden su buharının hızlandırılmış akışına yol açtı. İlginç bir şekilde, Miller'in örneklerinin 50 yıl sonra profesör ve eski çalışanı Jeffrey L. Bada tarafından modern araştırma yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilen yeniden analizi, "volkanik" aparattan alınan örneklerde 22 amino asit buldu; daha önce düşünülmüştü.
Miller ve Urey deneylerini 1950'lerden kalma, Dünya atmosferinin olası bileşimi hakkındaki fikirlere dayandırdılar. Deneylerinin ardından birçok araştırmacı, çeşitli modifikasyonlarda benzer deneyler yaptı. Proses koşullarındaki ve gaz karışımının bileşimindeki küçük değişikliklerin bile (örneğin nitrojen veya oksijen ilavesi), hem ortaya çıkan organik moleküllerde hem de bunların sentez prosesinin verimliliğinde çok önemli değişikliklere yol açabileceği gösterilmiştir. . Şu anda, birincil dünya atmosferinin olası bileşimi sorusu hala açık. Ancak o zamanın yüksek volkanik aktivitesinin aynı zamanda karbondioksit (CO2), nitrojen, hidrojen sülfür (H2S), kükürt dioksit (SO2) gibi bileşenlerin salınmasına da katkıda bulunduğuna inanılmaktadır.
Deneyin sonuçlarının eleştirisi
Bu deneyden kimyasal evrimin olasılığına ilişkin sonuçlar eleştirildi.
Açıkça görüldüğü gibi, eleştirmenlerin ana argümanlarından biri, sentezlenen amino asitlerde tekdüze kiralitenin olmamasıdır. Gerçekte, ortaya çıkan amino asitler stereoizomerlerin hemen hemen eşit bir karışımı iken, proteinlerin içerdiğiler de dahil olmak üzere biyolojik kökenli amino asitler, stereoizomerlerden birinin baskınlığı ile karakterize edilir. Bu nedenle, yaşamın temelini oluşturan karmaşık organik maddelerin doğrudan ortaya çıkan karışımdan daha fazla sentezlenmesi zordur. Eleştirmenlere göre, her ne kadar en önemli organik maddelerin sentezi açıkça kanıtlanmış olsa da, doğrudan bu deneyimden yola çıkılarak kimyasal evrimin olasılığına ilişkin varılan geniş kapsamlı sonuç tam anlamıyla doğrulanmamıştır.
Çok daha sonra, 2001 yılında Alan Saghatelyan, kendi kendini kopyalayan peptit sistemlerinin, rasemik bir karışımda belirli bir rotasyona sahip molekülleri etkili bir şekilde çoğaltabildiğini gösterdi, böylece stereoizomerlerden birinin baskınlığının doğal olarak ortaya çıkabileceğini gösterdi. Ek olarak, sıradan kimyasal reaksiyonlarda kiralitenin kendiliğinden oluşma ihtimalinin olduğu gösterilmiştir; optik olarak aktif katalizörlerin varlığında hidrokarbonlar ve amino asitler dahil olmak üzere bir dizi stereoizomerin sentezine yönelik yöntemler de bilinmektedir. Ancak bu deneyde açıkça böyle bir şey olmadı.
Kiralite sorununu başka yollarla, özellikle de organik maddenin meteorlar tarafından sokulması teorisi aracılığıyla çözmeye çalışıyorlar.
Biyokimyacı Robert Shapiro, Miller ve Urey tarafından sentezlenen amino asitlerin, nükleotidlerden önemli ölçüde daha az karmaşık moleküller olduğuna dikkat çekti. Doğal proteinlerin bir parçası olan 20 amino asitten en basiti yalnızca iki karbon atomuna sahiptir ve aynı gruptan 17 amino asitte altı veya daha fazla karbon atomu bulunur. Miller ve Urey tarafından sentezlenen amino asitler ve diğer moleküller üçten fazla karbon atomu içermiyordu. Ve bu tür deneyler sırasında nükleotidler asla oluşmadı.
diğer sunumların özeti“Oparin'in biyokimyasal evrimi” - 2) Dünyanın birincil rezervuarlarında biriken organik bileşiklerden biyopolimerlerin, lipitlerin, hidrokarbonların oluşumu. Hipotezin özü şuydu... Dünyadaki yaşamın kökeni, cansız maddenin derinliklerinde canlı maddenin oluşumunun uzun bir evrimsel sürecidir. 1) İlkel Dünya'nın birincil atmosferi koşulları altında inorganik maddelerden ilk organik bileşiklerin sentezi. Oparin'in teorisi. 1894-1980.
“Oparin Hipotezi” - Biyografi. Yaşamın kendiliğinden ortaya çıktığı hipotezi. Biyokimyasal evrim hipotezi. A.I. Oparin'in Dünya'daki yaşamın kökeni hipotezi. Pıhtılara koaservat damlacıkları adı verilir. A.I.Oparin'in biyografisi. İngiliz biyolog. Alexander Ivanovich Oparin. Konsept. Yaşayan hücre. Dünyadaki yaşamın kökeni teorisi. Stanley Miller'ın kurulumu. Dünya atmosferinin oluşumu. Dünyadaki yaşamın ortaya çıkış aşamaları.
“Biyogenez ve abiogenez teorileri” - Canlı organizmaların yokluğu. Kendiliğinden nesil teorisi. Kendiliğinden nesile ilişkin klasik doktrinin doğuşu. Kendiliğinden nesil teorisi. Solucanlar. Dünyadaki yaşamın ortaya çıkış aşamaları. Amino asitler. Biyokimyasal evrim teorisi. Panspermi teorisinin savunucuları. Yaratılışçılık. Canlı maddenin kökenine ilişkin biyogenez ve abiyogenez teorileri. Demokritos İngiliz biyokimyacı ve genetikçi John Haldane. Kimyasal evrimin biyokimyasal aşamasını açıklayın.
"Kimyasal Evrim" - Panspermi Hipotezi. Mikroorganizmaların dünya dışı kökeni. Kendiliğinden nesil hipotezi. Jeokronoloji. Yaklaşık 8 milyon kimyasal bileşik bilinmektedir. Dünyanın jeolojik tarihi biyolojik evriminden ayrılamaz. Kimyasal evrim ve biyogenez. Jeokronolojik ölçek. Protostar - Güneş. Güneş içeriyi ısıtıyordu. Radyoaktivite. Rus kimyager A.P. Rudenko. Seri numarası arttıkça elementlerin yaygınlığı azalır.
"Biyokimyasal Evrim Teorisi" - Yaşam, doğaüstü bir varlık tarafından yaratılmıştır. Membran yapısının oluşumu. Biyokimyasal evrim hipotezi. Yaşamın uzun bir evrimin sonucu olduğunu öne süren bir hipotez. Üçüncü aşama ayrılıkla karakterize edildi. Koaservat damlacıklarındaki maddelerin konsantrasyonu. Birçok maddenin molekülleri. Basit moleküller. İlk ilkel canlı organizmalar. Uzun iplik benzeri moleküller. "İlkel Et Suyu". Canlıların temel özelliklerinden biri çoğalma yeteneğidir.
“Biyokimyasal evrim hipotezi” - Dünya'da yaşamın ortaya çıkmasına yol açan süreç. Dünyadaki yaşamın kökeni. Birincil et suyu. Miller, Stanley Lloyd. Oparin-Haldane teorisi. Miller-Urey deneyi. Çeşitli yönler. Yaşamın kökeni için koşullar. A. I. Oparin'in hipotezi. Koaservat damlaları.
Yükleniyor...