MILLER OG UREY EKSPERIMENT: BESKRIVELSE OG BETYDNING - BIOLOGI - 2026

Den Miller og Urey eksperiment består av produksjonen av organiske molekyler ved bruk av enklere uorganiske molekyler som utgangsmateriale under visse betingelser. Målet med eksperimentet var å gjenskape de gamle forholdene på planeten Jorden.

Intensjonen med nevnte rekreasjon var å verifisere biomolekylenes opprinnelige opprinnelse. Faktisk oppnådde simuleringen produksjonen av molekyler - som aminosyrer og nukleinsyrer - avgjørende for levende organismer.

Før Miller og Urey: Historical Perspective

Forklaringen på livets opprinnelse har alltid vært et intenst omdiskutert og kontroversielt tema. Under renessansen ble det antatt at livet oppsto plutselig og ingensteds. Denne hypotesen er kjent som spontan generasjon.

Senere begynte forskernes kritiske tenkning å spire, og hypotesen ble forkastet. Spørsmålet som ble stilt i begynnelsen forble imidlertid uklart.

På 1920-tallet brukte forskere i den tiden uttrykket "primordial suppe" for å beskrive et hypotetisk oseanisk miljø der livet sannsynligvis oppsto.

Problemet var å foreslå et logisk opphav til biomolekylene som gjør livet mulig (karbohydrater, proteiner, lipider og nukleinsyrer) fra uorganiske molekyler.

Allerede på 1950-tallet, før Miller- og Urey-eksperimentene, lyktes en gruppe forskere med å syntetisere maursyre fra karbondioksid. Denne formidable oppdagelsen ble publisert i det prestisjetunge tidsskriftet Science.

Hva besto den av?

I 1952 designet Stanley Miller og Harold Urey en eksperimentell protokoll for å simulere et primitivt miljø i et genialt system av glassrør og elektroder av egen konstruksjon.

Systemet besto av en vannkolbe, analogt med det primitive hav. Koblet til den kolben var en annen med komponentene i det antatte prebiotiske miljøet.

Miller og Urey anvendes i følgende forhold for å gjenskape det: 200 mmHg av metan (CH ₄ ), 100 mmHg fra hydrogen (H ₂ ), 200 mmHg av ammoniakk (NH ₃ ), og 200 ml vann (H ₂ O).

Systemet hadde også en kondensator, hvis jobb var å avkjøle gassene som regn normalt ville gjort. På samme måte integrerte de to elektroder som var i stand til å produsere høye spenninger, med sikte på å lage høyreaktive molekyler som ville fremme dannelsen av komplekse molekyler.

Disse gnistene prøvde å simulere mulige lynbolter og lyn fra det prebiotiske miljøet. Apparatet endte i en "U" -formet del som forhindret at dampen kjørte i motsatt retning.

Eksperimentet fikk elektriske støt i en uke, samtidig som vannet ble oppvarmet. Oppvarmingsprosessen simulerte solenergi.

resultater

De første dagene var eksperimentblandingen helt ren. I løpet av dagene begynte blandingen å få en rødlig farge. På slutten av eksperimentet fikk denne væsken en intens rød, nesten brun farge, og dens viskositet økte bemerkelsesverdig.

Eksperimentet oppnådde hovedmålet, og komplekse organiske molekyler ble generert fra de hypotetiske komponentene i den tidlige atmosfæren (metan, ammoniakk, hydrogen og vanndamp).

Forskerne klarte å identifisere spormengder av aminosyrer, som glycin, alanin, asparaginsyre og amino-n-smørsyre, som er hovedkomponentene i proteiner.

Suksessen med dette eksperimentet bidro til at andre forskere fortsatte å utforske opprinnelsen til organiske molekyler. Ved å legge til modifikasjoner til Miller og Urey-protokollen, ble de tjue kjente aminosyrene gjenskapt.

Nukleotider kan også genereres, som er de grunnleggende byggesteinene i genetisk materiale: DNA (deoksyribonukleinsyre) og RNA (ribonukleinsyre).

Betydning

Eksperimentet klarte å eksperimentelt verifisere utseendet til organiske molekyler og foreslår et ganske attraktivt scenario for å forklare mulig livsopprinnelse.

Imidlertid skapes et iboende dilemma, da DNA-molekylet er nødvendig for protein- og RNA-syntese. La oss huske at det sentrale dogmet i biologien foreslår at DNA blir transkribert til RNA og dette blir transkribert til proteiner (det er kjente unntak fra dette forutsetningen, for eksempel retrovirus).

Så hvordan blir disse biomolekylene dannet av monomerer (aminosyrer og nukleotider) uten tilstedeværelse av DNA?

Heldigvis klarte funnet av ribozymes å tydeliggjøre dette tilsynelatende paradokset. Disse molekylene er katalytiske RNA. Dette løser problemet siden det samme molekylet kan katalysere og bære genetisk informasjon. Dette er grunnen til at det er hypotesen om den primitive RNA-verdenen.

Det samme RNA kan replikere seg selv og delta i dannelsen av proteiner. DNA kan komme på en sekundær måte og velges som et arvelighetsmolekyl over RNA.

Dette faktum kan oppstå av flere årsaker, hovedsakelig fordi DNA er mindre reaktivt og mer stabilt enn RNA.

konklusjoner

Hovedkonklusjonen for dette eksperimentelle designet kan oppsummeres med følgende utsagn: komplekse organiske molekyler kan ha sitt opphav fra enklere uorganiske molekyler, hvis de blir utsatt for forholdene i den antatte primitive atmosfæren som høye spenninger, ultrafiolett stråling og lav oksygeninnhold.

Videre ble det funnet noen uorganiske molekyler som er ideelle kandidater for dannelse av visse aminosyrer og nukleotider.

Eksperimentet lar oss observere hvordan byggesteinene til levende organismer kunne ha vært, forutsatt at det primitive miljøet stemte overens med konklusjonene som ble beskrevet.

Det er veldig sannsynlig at verden før livets utseende hadde flere og komplekse komponenter enn de som ble brukt av Miller.

Selv om det virker umulig å foreslå livets opprinnelse fra så enkle molekyler, var Miller i stand til å bekrefte det med et subtilt og genialt eksperiment.

Kritikk av eksperimentet

Det er fortsatt debatter og kontroverser om resultatene fra dette eksperimentet og om hvordan de første cellene oppsto.

Det antas for øyeblikket at komponentene som Miller brukte til å danne den primitive atmosfæren, ikke stemte overens med virkeligheten. Et mer moderne syn gir vulkaner en viktig rolle og foreslår at gassene som disse strukturene produserer mineraler.

Et sentralt punkt i Millers eksperiment er også blitt stilt spørsmål. Noen forskere mener at atmosfæren hadde liten innvirkning på skapelsen av levende organismer.

referanser

1. Bada, JL, & Cleaves, HJ (2015). Ab initio simuleringer og Miller prebiotisk synteseeksperiment. Proceedings of National Academy of Sciences, 112 (4), E342-E342.
2. Campbell, NA (2001). Biologi: begreper og relasjoner. Pearson Education.
3. Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S.,… & Cronin, L. (2017). Miller - Urey gnistutslipp eksperimenter i Deuterium World. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194.
4. Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… & Fernández, FM (2014). Gjennomføre Miller-Urey eksperimenter. Journal of visualiserte eksperimenter: JoVE, (83).
5. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Life: The Science of Biology. Panamerican Medical Ed.