MILLERA UN URIJA EKSPERIMENTS: APRAKSTS UN NOZĪME - BIOLOĢIJA - 2025

Miller un Urey eksperiments sastāv no ražošanas organisko molekulu, izmantojot vienkāršākas neorganiskas molekulas kā izejmateriālu, saskaņā ar zināmiem nosacījumiem. Eksperimenta mērķis bija atjaunot senos planētas Zemes apstākļus.

Šīs atpūtas mērķis bija pārbaudīt iespējamo biomolekulu izcelsmi. Patiešām, simulācijas rezultātā tika iegūtas molekulas - tādas kā aminoskābes un nukleīnskābes -, kas ir būtiskas dzīviem organismiem.

Pirms Millera un Urija: vēsturiskā perspektīva

Dzīves izcelsmes skaidrojums vienmēr ir bijis intensīvi apspriests un diskutabls temats. Renesanses laikā tika uzskatīts, ka dzīvība radusies pēkšņi un no nekurienes. Šī hipotēze ir pazīstama kā spontāna paaudze.

Vēlāk sāka dīgt zinātnieku kritiskā domāšana un hipotēze tika noraidīta. Tomēr sākumā uzdotais jautājums palika neskaidrs.

1920. gados tā laika zinātnieki izmantoja terminu "pirmatnējā zupa", lai aprakstītu hipotētisku okeāna vidi, kurā, iespējams, radusies dzīvība.

Problēma bija biomolekulu loģiskas ierosināšanas ierosināšana, kas padara dzīvību iespējamu (ogļhidrātus, olbaltumvielas, lipīdus un nukleīnskābes) no neorganiskām molekulām.

Jau piecdesmitajos gados pirms Millera un Urija eksperimentiem zinātnieku grupai izdevās sintezēt skudrskābi no oglekļa dioksīda. Šis milzīgais atklājums tika publicēts prestižajā žurnālā Science.

No kā tas sastāvēja?

Līdz 1952. gadam Stenlijs Millers un Harolds Ūrejs izstrādāja eksperimentālu protokolu, lai imitētu primitīvu vidi ģeniālā sistēmā ar stikla caurulēm un pašu izgatavotiem elektrodiem.

Sistēma sastāvēja no ūdens kolbas, kas bija analoga primitīvajam okeānam. Pieslēgums šai kolbai bija vēl viens ar domājamās prebiotiskās vides komponentiem.

Millers un Urejs izmantoja šādus koeficientus tā atjaunošanai: 200 mmHg metāna (CH ₄ ), 100 mmHg ūdeņraža (H ₂ ), 200 mmHg amonjaka (NH ₃ ) un 200 ml ūdens (H ₂ O).

Sistēmai bija arī kondensators, kura uzdevums bija atdzesēt gāzes, kā parasti lietus. Tāpat viņi integrēja divus elektrodus, kas spēj radīt augstu spriegumu, ar mērķi radīt ļoti reaģējošas molekulas, kas veicinātu sarežģītu molekulu veidošanos.

Šīs dzirksteles centās simulēt iespējamās zibens spuldzes un zibens no prebiotiskās vides. Aparāts beidzās ar “U” formas daļu, kas neļāva tvaikam virzīties pretējā virzienā.

Eksperiments nedēļu saņēma elektrošokus, tajā pašā laikā karsējot ūdeni. Apkures process imitēja saules enerģiju.

Rezultāti

Pirmās dienas eksperimenta maisījums bija pilnīgi tīrs. Dienu laikā maisījums sāka iegūt sarkanīgu krāsu. Eksperimenta beigās šis šķidrums ieguva intensīvu sarkanu, gandrīz brūnu krāsu, un tā viskozitāte ievērojami palielinājās.

Eksperiments sasniedza galveno mērķi, un no agrīnās atmosfēras hipotētiskajiem komponentiem (metāna, amonjaka, ūdeņraža un ūdens tvaikiem) tika iegūtas sarežģītas organiskās molekulas.

Pētnieki spēja noteikt aminoskābju pēdas, piemēram, glicīnu, alanīnu, asparagīnskābi un amino-n-sviestskābi, kas ir galvenās olbaltumvielu sastāvdaļas.

Šī eksperimenta panākumi sekmēja to, ka citi pētnieki turpināja izpētīt organisko molekulu izcelsmi. Pievienojot Millera un Urija protokola modifikācijas, tika atjaunotas divdesmit zināmās aminoskābes.

Varētu radīt arī nukleotīdus, kas ir ģenētiskā materiāla pamatelementi: DNS (dezoksiribonukleīnskābe) un RNS (ribonukleīnskābe).

Svarīgums

Eksperimentā izdevās eksperimentāli pārbaudīt organisko molekulu izskatu un tika piedāvāts diezgan pievilcīgs scenārijs, lai izskaidrotu iespējamo dzīvības izcelsmi.

Tomēr tiek radīta raksturīga dilemma, jo DNS molekula ir nepieciešama olbaltumvielu un RNS sintēzei. Atcerēsimies, ka bioloģijas centrālā dogma ierosina DNS transkribēt RNS un to transkribēt olbaltumvielās (ir zināmi izņēmumi no šī priekšnoteikuma, piemēram, retrovīrusi).

Tātad, kā šīs biomolekulas veido no to monomēriem (aminoskābēm un nukleotīdiem) bez DNS klātbūtnes?

Par laimi, ribozīmu atklāšanai izdevās noskaidrot šo šķietamo paradoksu. Šīs molekulas ir katalītiskās RNS. Tas atrisina problēmu, jo tā pati molekula var katalizēt un pārnēsāt ģenētisko informāciju. Tāpēc pastāv primitīvā RNS pasaules hipotēze.

Tā pati RNS var replicēties pati un piedalīties olbaltumvielu veidošanā. DNS var nonākt sekundārā veidā un tikt izvēlēta kā mantojuma molekula pār RNS.

Šis fakts varētu rasties vairāku iemeslu dēļ, galvenokārt tāpēc, ka DNS ir mazāk reaktīva un stabilāka nekā RNS.

Secinājumi

Šī eksperimentālā projekta galveno secinājumu var rezumēt ar šādu paziņojumu: sarežģītām organiskām molekulām varētu būt izcelsme no vienkāršākām neorganiskām molekulām, ja tās būtu pakļautas domājamās primitīvās atmosfēras apstākļiem, piemēram, lielam spriegumam, ultravioletajam starojumam un zemam. skābekļa saturs.

Turklāt tika atrastas dažas neorganiskas molekulas, kas ir ideāli kandidāti noteiktu aminoskābju un nukleotīdu veidošanai.

Eksperiments ļauj novērot, kā varēja būt dzīvo organismu celtniecības bloki, pieņemot, ka primitīvā vide atbilda aprakstītajiem secinājumiem.

Ļoti iespējams, ka pasaulei pirms dzīves parādīšanās bija daudz vairāk un sarežģītāku sastāvdaļu nekā tās, kuras izmantoja Millers.

Kaut arī šķiet neiespējami ierosināt dzīvības izcelsmi, sākot no šādām vienkāršām molekulām, Millers spēja to pārbaudīt ar smalku un ģeniālu eksperimentu.

Eksperimenta kritika

Joprojām notiek debates un strīdi par šī eksperimenta rezultātiem un par to, kā radās pirmās šūnas.

Pašlaik tiek uzskatīts, ka komponenti, kurus Millers izmantoja primitīvas atmosfēras veidošanai, neatbilda tā realitātei. Mūsdienīgāks skatījums piešķir nozīmīgu lomu vulkāniem un ierosina gāzēm, no kurām šīs struktūras rada minerālus.

Apšaubīts ir arī Millera eksperimenta galvenais punkts. Daži pētnieki domā, ka atmosfērai bija maza ietekme uz dzīvo organismu veidošanos.

Atsauces

1. Bada, JL, & Cleaves, HJ (2015). Ab initio simulācijas un Millera prebiotiskās sintēzes eksperiments. Nacionālās zinātņu akadēmijas rakstu krājums, 112 (4), E342-E342.
2. Kempbela, NA (2001). Bioloģija: Jēdzieni un attiecības. Pīrsona izglītība.
3. Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S.,… & Cronin, L. (2017). Millers - Urijas dzirksteļošanas eksperimenti deitērija pasaulē. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194.
4. Pārkers, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… & Fernández, FM (2014). Millera-Ūreja eksperimentu veikšana. Vizualizēto eksperimentu žurnāls: JoVE, (83).
5. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Dzīve: bioloģijas zinātne. Panamerican Medical Ed.