ЕКСПЕРИМЕНТ МІЛЛЕРА ТА УРЕЯ: ОПИС ТА ЗНАЧЕННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Експеримент Міллера та Урея полягає у виробництві органічних молекул з використанням більш простих неорганічних молекул як вихідного матеріалу за певних умов. Метою експерименту було відтворити давні умови планети Земля.

Задум цієї рекреації полягав у тому, щоб перевірити можливе походження біомолекул. Дійсно, при моделюванні досягнуто вироблення молекул - таких як амінокислоти та нуклеїнові кислоти - необхідних для живих організмів.

До Міллера та Урея: історична перспектива

Пояснення походження життя завжди було надзвичайно дискусійною та суперечливою темою. В епоху Відродження вважалося, що життя зародилося раптово і нізвідки. Ця гіпотеза відома як спонтанне покоління.

Пізніше критичне мислення вчених почало проростати, і гіпотеза була відкинута. Однак питання, поставлене на початку, залишалося незрозумілим.

У 1920-х роках вчені того часу використовували термін "первісний суп" для опису гіпотетичного океанічного середовища, в якому, ймовірно, зародилося життя.

Проблема полягала в запропонуванні логічного походження біомолекул, які роблять можливим життя (вуглеводи, білки, ліпіди та нуклеїнові кислоти) з неорганічних молекул.

Вже в 1950-х роках, перед експериментами Міллера та Урея, групі вчених вдалося синтезувати мурашину кислоту з вуглекислого газу. Це грізне відкриття було опубліковане в престижному журналі Science.

З чого він складався?

До 1952 року Стенлі Міллер та Гарольд Урей розробили експериментальний протокол для імітації примітивного середовища в геніальній системі скляних трубок та електродів власної конструкції.

Система складалася з колби води, аналогічної первісному океану. З цією колбою було пов'язано ще одне з компонентами передбачуваного пребіотичного середовища.

Міллер і Урей використовували наступні співвідношення для його відтворення: 200 мм рт.ст. метану (СН ₄ ), 100 мм рт. С. Водню (Н ₂ ), 200 мм рт.ст. аміаку (NH ₃ ) та 200 мл води (H ₂ O).

У системі також був конденсатор, завданням якого було охолодження газів так, як зазвичай дощ. Так само вони інтегрували два електроди, здатні виробляти високі напруги, з метою створення високореактивних молекул, які сприяли б утворенню складних молекул.

Ці іскри прагнули імітувати можливі блискавки та блискавки з пребіотичного середовища. Апарат закінчився частиною у формі U, яка перешкоджала руху пари в зворотному напрямку.

Експеримент отримав ураження електричним струмом протягом тижня, одночасно з нагріванням води. Процес нагріву імітував сонячну енергію.

Результати

Перші дні експериментальна суміш була абсолютно чистою. Протягом днів суміш почала набувати червонуватого кольору. Після закінчення експерименту ця рідина набула інтенсивного червоного майже коричневого кольору, і її в'язкість помітно зросла.

Експеримент досяг своєї основної мети, і складні органічні молекули були створені з гіпотетичних компонентів ранньої атмосфери (метану, аміаку, водню та водяної пари).

Дослідникам вдалося виявити сліди амінокислот, таких як гліцин, аланін, аспарагінова кислота та аміно-н-масляна кислота, які є основними компонентами білків.

Успіху цього експерименту сприяли інші дослідники, що продовжують досліджувати походження органічних молекул. Додавши модифікації до протоколу Міллера та Урея, було відтворено двадцять відомих амінокислот.

Можуть також утворюватися нуклеотиди, які є основними складовими генетичного матеріалу: ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) та РНК (рибонуклеїнова кислота).

Важливість

Експерименту вдалося експериментально перевірити появу органічних молекул і пропонує досить привабливий сценарій для пояснення можливого походження життя.

Однак створюється притаманна дилема, оскільки молекула ДНК необхідна для синтезу білка та РНК. Згадаймо, що центральна догма біології передбачає, що ДНК транскрибується в РНК, і це перекладається в білки (відомі винятки з цієї передумови, наприклад, ретровіруси).

То як ці біомолекули утворюються з їх мономерів (амінокислот та нуклеотидів) без наявності ДНК?

На щастя, виявлення рибозимів вдалося прояснити цей очевидний парадокс. Ці молекули є каталітичними РНК. Це вирішує проблему, оскільки одна і та ж молекула може каталізувати та переносити генетичну інформацію. Ось чому існує примітивна гіпотеза про РНК світу.

Ця ж РНК може реплікувати себе і брати участь у формуванні білків. ДНК може надходити вторинним шляхом і бути відібраною як молекула успадкування над РНК.

Цей факт може статися з кількох причин, головним чином через те, що ДНК менш реактивна і стабільніша, ніж РНК.

Висновки

Основний висновок цієї експериментальної конструкції можна узагальнити наступним твердженням: складні органічні молекули можуть мати своє походження з більш простих неорганічних молекул, якщо вони піддаються умовам передбачуваної примітивної атмосфери, такі як високі напруги, ультрафіолетове випромінювання і низький вміст кисню.

Крім того, було виявлено деякі неорганічні молекули, які є ідеальними кандидатами для утворення певних амінокислот та нуклеотидів.

Експеримент дозволяє нам спостерігати, яким чином могли бути будівельні блоки живих організмів, припускаючи, що примітивне середовище відповідало описаним висновкам.

Дуже ймовірно, що світ до появи життя мав більш численні та складні компоненти, ніж ті, якими користувався Міллер.

Хоча здається, що неможливо запропонувати походження життя, починаючи з таких простих молекул, Міллер зміг перевірити це за допомогою тонкого та геніального експерименту.

Критика експерименту

Досі існують дискусії та суперечки щодо результатів цього експерименту та про те, як виникли перші клітини.

В даний час вважається, що компоненти, які Міллер використовував для формування примітивної атмосфери, не відповідали реальності. Більш сучасний вигляд відіграє важливу роль вулканів і пропонує гази, які ці структури виробляють корисні копалини.

Ключовий момент експерименту Міллера також був поставлений під сумнів. Деякі дослідники вважають, що атмосфера мала вплив на створення живих організмів.

Список літератури

1. Bada, JL, & Cleaves, HJ (2015). Ab initio моделювання та експеримент синтезу пребіотиків Міллера. Праці Національної академії наук, 112 (4), E342-E342.
2. Кемпбелл, штат НС (2001). Біологія: Поняття та стосунки. Пірсон освіта.
3. Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S.,… & Cronin, L. (2017). Експерименти Міллера - Урея з іскровими розрядами у світі дейтерію. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194.
4. Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… & Fernández, FM (2014). Проведення експериментів Міллера-Урея. Журнал візуалізованих експериментів: JoVE, (83).
5. Садава, Д., І Purves, WH (2009). Життя: Наука про біологію. Panamerican Medical Ed.