Eksperyment Millera i Ureya w What It Consisted, Znaczenie i wnioski



The Eksperyment Millera i Ureya polega na wytwarzaniu cząsteczek organicznych przy użyciu prostszych cząsteczek nieorganicznych jako materiału wyjściowego w pewnych warunkach. Celem eksperymentu było odtworzenie pierwotnych warunków Ziemi.

Intencją tej rekreacji było sprawdzenie możliwego pochodzenia biomolekuł. Rzeczywiście, symulacja osiągnęła produkcję molekuł - takich jak aminokwasy i kwasy nukleinowe - niezbędnych dla żywych organizmów.

Indeks

  • 1 Przed Millerem i Ureyem: perspektywa historyczna
  • 2 Z czego się składa??
  • 3 Wyniki
  • 4 Znaczenie
  • 5 Wnioski
  • 6 Krytyka eksperymentu
  • 7 referencji

Przed Millerem i Ureyem: perspektywa historyczna

Wyjaśnienie pochodzenia życia zawsze było przedmiotem intensywnej debaty i kontrowersji. W okresie renesansu wierzono, że życie zrodziło się nagle i z niczego. Ta hipoteza znana jest jako spontaniczne generowanie.

Następnie krytyczne myślenie naukowców zaczęło kiełkować, a hipoteza została odrzucona. Jednak postawione na początku pytanie pozostało rozproszone.

W latach 20. XX wieku naukowcy używali określenia „pierwotna zupa”, aby opisać hipotetyczne środowisko oceaniczne, w którym prawdopodobnie powstało życie.

Problem polegał na zaproponowaniu logicznego pochodzenia biomolekuł, które umożliwiają życie (węglowodany, białka, lipidy i kwasy nukleinowe) z cząsteczek nieorganicznych.

Już w latach 50., przed eksperymentami Millera i Ureya, grupie naukowców udało się zsyntetyzować kwas mrówkowy z dwutlenku węgla. To ogromne odkrycie zostało opublikowane w prestiżowym magazynie Nauka.

Z czego to się składało??

W 1952 r. Stanley Miller i Harold Urey opracowali eksperymentalny protokół symulujący prymitywne środowisko w genialnym systemie szklanych rur i elektrod zbudowanych przez nich samych..

System powstał z kolby z wodą, analogicznej do prymitywnego oceanu. Z tą kolbą połączono kolejną ze składnikami domniemanego środowiska prebiotycznego.

Miller i Urey użyli następujących proporcji, aby je odtworzyć: 200 mmHg metanu (CH4), 100 mmHg wodoru (H2), 200 mmHg amoniaku (NH3) i 200 ml wody (H2O).

System miał również kondensator, którego zadaniem było chłodzenie gazów, tak jak normalnie deszcz. Podobnie zintegrowano dwie elektrody zdolne do wytwarzania wysokich napięć w celu stworzenia wysoce reaktywnych cząsteczek, które sprzyjały tworzeniu złożonych cząsteczek.

Te iskry próbowały symulować możliwe promienie i błyskawice środowiska prebiotycznego. Urządzenie zakończyło się częścią w kształcie litery „U”, która zapobiegała przemieszczaniu się pary w przeciwnym kierunku.

Eksperyment otrzymał wstrząsy elektryczne przez tydzień, w tym samym czasie, gdy woda się nagrzała. Proces ogrzewania symulował energię słoneczną.

Wyniki

W pierwszych dniach mieszanka eksperymentu była całkowicie czysta. W ciągu kilku dni mieszanina zaczęła przybierać czerwonawy kolor. Pod koniec eksperymentu ciecz nabrała intensywnego czerwonego koloru prawie brązowego, a jej lepkość znacznie wzrosła.

Doświadczenie osiągnęło swój główny cel i złożone cząsteczki organiczne zostały wygenerowane z hipotetycznych elementów pierwotnej atmosfery (metanu, amoniaku, wodoru i pary wodnej).

Naukowcy byli w stanie zidentyfikować ślady aminokwasów, takich jak glicyna, alanina, kwas asparaginowy i kwas amino-n-masłowy, które są głównymi składnikami białek.

Sukces tego eksperymentu przyczynił się do tego, że inni badacze nadal badali pochodzenie cząsteczek organicznych. Dodając modyfikacje do protokołu Millera i Ureya, udało nam się odtworzyć dwadzieścia znanych aminokwasów.

Możliwe było również wygenerowanie nukleotydów, które są podstawowymi elementami budulcowymi materiału genetycznego: DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) i RNA (kwas rybonukleinowy).

Znaczenie

Eksperyment udowodnił eksperymentalnie wygląd cząsteczek organicznych i proponuje całkiem atrakcyjny scenariusz wyjaśniający możliwe pochodzenie życia.

Powstaje jednak wrodzony dylemat, ponieważ cząsteczka DNA jest niezbędna do syntezy białek i RNA. Przypomnijmy, że centralny dogmat biologii sugeruje, że DNA jest transkrybowane na RNA, a to jest przepisywane na białka (znane są wyjątki, takie jak retrowirusy).

Jak więc te biomolekuły powstają ze swoich monomerów (aminokwasów i nukleotydów) bez obecności DNA?

Na szczęście odkrycie rybozymów zdołało wyjaśnić ten pozorny paradoks. Te cząsteczki są katalitycznym RNA. Rozwiązuje to problem, ponieważ ta sama cząsteczka może katalizować i przenosić informację genetyczną. Dlatego istnieje prymitywna hipoteza świata RNA.

Ten sam RNA może się replikować i uczestniczyć w tworzeniu białek. DNA może pochodzić wtórnie i zostać wybrane jako cząsteczka dziedziczenia na RNA.

Może się to zdarzyć z kilku powodów, głównie dlatego, że DNA jest mniej reaktywny i bardziej stabilny niż RNA.

Wnioski

Główny wniosek z tego eksperymentalnego projektu można podsumować następującym stwierdzeniem: złożone cząsteczki organiczne mogą wywodzić się z prostszych cząsteczek nieorganicznych, jeśli są narażone na warunki rzekomej pierwotnej atmosfery, takie jak wysokie napięcia, promieniowanie ultrafioletowe i niskie zawartość tlenu.

Ponadto znaleziono niektóre cząsteczki nieorganiczne, które są idealnymi kandydatami do tworzenia pewnych aminokwasów i nukleotydów.

Eksperyment pozwala nam obserwować, jak mogło powstać tworzenie bloków organizmów żywych, zakładając, że prymitywne środowisko jest zgodne z opisanymi wnioskami..

Jest bardzo prawdopodobne, że świat przed pojawieniem się życia miał więcej elementów i był bardziej złożony niż elementy używane przez Millera.

Chociaż proponowanie pochodzenia życia w oparciu o takie proste cząsteczki wydaje się nieprawdopodobne, Miller może to udowodnić dzięki subtelnemu i pomysłowemu eksperymentowi.

Krytycy eksperymentu

Nadal trwają debaty i kontrowersje dotyczące wyników tego eksperymentu i tego, jak powstały pierwsze komórki.

Obecnie uważa się, że komponenty, których użył Miller do stworzenia prymitywnej atmosfery, nie odpowiadają rzeczywistości. Bardziej nowoczesna wizja daje wulkanom ważną rolę i proponuje, aby gazy, które te struktury produkują minerały.

Kluczowy punkt eksperymentu Millera również został zakwestionowany. Niektórzy badacze uważają, że atmosfera miała niewielki wpływ na tworzenie organizmów żywych.

Referencje

  1. Bada, J. L., i Cleaves, H. J. (2015). Symulacje Ab initio i eksperyment syntezy prebiotycznej Millera. Materiały z Narodowej Akademii Nauk, 112(4), E342-E342.
  2. Campbell, N. A. (2001). Biologia: pojęcia i związki. Pearson Education.
  3. Cooper, G.J., Surman, A.J., McIver, J., Colon-Santos, S.M., Gromski, P.S., Buchwald, S., ... i Cronin, L. (2017). Eksperymenty z wyładowaniem iskier Millera-Ureya w świecie deuteru. Angewandte Chemie, 129(28), 8191-8194.
  4. Parker, E.T., Cleaves, J.H., Burton, A.S., Glavin, D.P., Dworkin, J.P., Zhou, M., ... & Fernandez, F.M. (2014). Prowadzenie eksperymentów Millera-Ureya. Dziennik wizualizowanych eksperymentów: JoVE, (83).
  5. Sadava, D. i Purves, W. H. (2009). Życie: nauka biologii. Ed. Panamericana Medical.