Experimentul Miller-Urey

Experimentul Miller-Urey  este un experiment clasic bine-cunoscut 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 favorizau reacții chimice care puteau 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 în concordanță cu ideile despre compoziția atmosferei timpurii a Pământului în anii 1950 și descărcări electrice au trecut prin el (simulând lovituri de fulgere pe sol). 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 [1] .

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 ) şi 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 au revenit 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 acid nucleic . 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 Bada ,  folosind metode moderne de cercetare, a găsit 22 de aminoacizi în probele din aparatul „vulcanic”, adică mult mai mulți decât s-a considerat 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 ).

Experiment de chimie

După primele reacții, în amestec s-au putut obține acid cianhidric (HCN), formaldehidă (CH 2 O) și alți compuși activi ( acetilenă , cianoacetilenă etc.):

CO 2 → CO + [O] (oxigen atomic) CH4 + 2 [ O ] → CH2O + H2O CO + NH3 → HCN + H2O CH4 + NH3 → HCN + 3H2 ( procesul en : BMA )

Formaldehida, amoniacul și acidul cianhidric reacționează prin procesul Strecker în aminoacizi și alte biomolecule :

CH2O + HCN + NH3 → NH2 - CH2 - CN + H2O NH2 - CH2 - CN + 2H2O → NH3 + NH2 - CH2 - COOH ( glicină )

În plus, apa și formaldehida pot reacționa, conform reacției Butlerov , producând zaharuri precum riboza .

Experimentul a arătat că aminoacizii care compun proteina pot fi obținuți din substanțe chimice simple, cu furnizarea de energie suplimentară.

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 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.

Mult mai târziu, în 2001, Alan Saghatelian și colab. [ 2] au arătat că sistemele de peptide cu auto-replicare sunt capabile să îmbunătățească 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 posibilitatea apariției spontane a chiralității în reacțiile chimice obișnuite [3] , și sunt cunoscute și modalități de sinteză a unui număr de stereoizomeri, inclusiv hidrocarburi și aminoacizi, în prezența unor substanțe optic active. catalizatori. [4] [5] 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. [6]

Biochimistul Robert Shapiro a subliniat că aminoacizii sintetizați de Miller și Urey sunt molecule semnificativ 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 nu s-au format niciodată în cursul unor astfel de experimente [7] .

Vezi și

Note

  1. ↑ Miller a făcut mai multă viață , Gazeta.ru (18 octombrie 2008).
  2. ↑ A. Saghatelian et al. Un replicator de peptide chiroselective , Nature 409, 797-801 (15 februarie 2001  )
  3. ↑ Este posibilă apariția spontană a asimetriei într-o reacție chimică? (link indisponibil) . Consultat la 9 noiembrie 2008. Arhivat din original pe 13 august 2011. 
  4. ↑ Lista laureaților Nobel pentru chimie în 2001 [1] Arhivat la 19 octombrie 2009 la Wayback Machine
  5. ↑ Premiul Nobel pentru Chimie 2005 [2]
  6. ↑ Shishlova, A. Lumina stelelor îndepărtate și a vieții pe Pământ  // Știință și viață . - 2000. - Nr. 6 . - S. 24-26 .
  7. ↑ Shapiro R. La originile vieții Text / R. Shapiro // În lumea științei. −2007. -Nr 10. -S.21-29.

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
 Originea vieții
Concepte
Ipoteze
Studiu