Опыт миллера и юри кратко
Обновлено: 05.07.2024
Эксперимент Ми́ллера — Ю́ри — известный классический эксперимент, в котором моделировались гипотетические условия раннего периода развития Земли для проверки возможности химической эволюции. Фактически это был экспериментальный тест гипотезы, высказанной ранее Александром Опариным и Джоном Холдейном, о том, что условия, существовавшие на примитивной Земле, способствовали химическим реакциям, которые могли привести к синтезу органических молекул из неорганических. Был проведён в 1953 году Стэнли Миллером и Гарольдом Юри. Аппарат, спроектированный для проведения эксперимента, включал смесь газов, соответствующую представлениям о составе атмосферы ранней Земли в 1950-х, и пропускавшиеся через неё электрические разряды (имитируя удары молнии по земле). Эксперимент Миллера — Юри считается одним из важнейших опытов в исследовании происхождения жизни на Земле. Первичный анализ показал наличие в конечной смеси 5 аминокислот. Однако более точный повторный анализ, опубликованный в 2008 году, показал, что эксперимент привёл к образованию 22 аминокислот [1] .
В Миллер и Юри эксперимент состоит из производства органических молекул с использованием более простых неорганических молекул в качестве исходного материала при определенных условиях. Целью эксперимента было воссоздать древние условия планеты Земля.
Цель этого развлечения заключалась в том, чтобы проверить возможное происхождение биомолекул. Действительно, моделирование позволило получить молекулы, такие как аминокислоты и нуклеиновые кислоты, необходимые для живых организмов.
До Миллера и Юри: историческая перспектива
Объяснение происхождения жизни всегда было предметом интенсивных дискуссий и споров. В эпоху Возрождения считалось, что жизнь зародилась внезапно и из ниоткуда. Эта гипотеза известна как самозарождение.
Позже критическое мышление ученых начало прорастать, и гипотеза была отвергнута. Однако вопрос, поставленный вначале, остался неясным.
Задача заключалась в том, чтобы предложить логическое происхождение биомолекул, которые делают возможной жизнь (углеводы, белки, липиды и нуклеиновые кислоты) из неорганических молекул.
Еще в 1950-х годах, до экспериментов Миллера и Юри, группе ученых удалось синтезировать муравьиную кислоту из двуокиси углерода. Это грандиозное открытие было опубликовано в престижном журнале Наука.
Из чего он состоял?
К 1952 году Стэнли Миллер и Гарольд Юри разработали экспериментальный протокол для моделирования примитивной среды в оригинальной системе стеклянных трубок и электродов собственной конструкции.
Система состояла из сосуда с водой, аналогичного первобытному океану. К этой колбе была подключена другая с компонентами предполагаемой пребиотической среды.
Миллер и Юри использовали следующие соотношения для его воссоздания: метан 200 мм рт. Ст. (CH4), 100 мм рт. Ст. Водорода (H2), 200 мм рт. Ст. Аммиак (NH3) и 200 мл воды (H2ИЛИ).
В системе также был конденсатор, задачей которого было охлаждение газов, как это обычно бывает при дождях. Точно так же они объединили два электрода, способных производить высокое напряжение, с целью создания высокореактивных молекул, которые будут способствовать образованию сложных молекул.
Эти искры стремились имитировать возможные лучи и молнии пребиотической среды. Аппарат заканчивался U-образной частью, которая не позволяла пару двигаться в обратном направлении.
Эксперимент подвергался ударам током в течение недели, одновременно с нагреванием воды. Процесс нагрева имитировал солнечную энергию.
Полученные результаты
Первые дни экспериментальная смесь была полностью чистой. Через несколько дней смесь стала приобретать красноватый цвет. В конце опыта эта жидкость приобрела интенсивный красный почти коричневый цвет, и ее вязкость заметно увеличилась.
Эксперимент достиг своей основной цели, и сложные органические молекулы были созданы из гипотетических компонентов ранней атмосферы (метана, аммиака, водорода и водяного пара).
Исследователи смогли идентифицировать следы аминокислот, таких как глицин, аланин, аспарагиновая кислота и амино-н-масляная кислота, которые являются основными компонентами белков.
Успех этого эксперимента поспособствовал тому, что другие исследователи продолжили изучать происхождение органических молекул. Путем внесения изменений в протокол Миллера и Юри были воссозданы двадцать известных аминокислот.
Также могут быть созданы нуклеотиды, которые являются основными строительными блоками генетического материала: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота).
Важность
Эксперимент смог экспериментально подтвердить появление органических молекул и предлагает довольно привлекательный сценарий для объяснения возможного происхождения жизни.
Однако возникает внутренняя дилемма, поскольку молекула ДНК необходима для синтеза белка и РНК. Давайте вспомним, что центральная догма биологии предполагает, что ДНК транскрибируется в РНК, а это транскрибируется в белки (известны исключения из этой предпосылки, такие как ретровирусы).
Так как же эти биомолекулы образуются из своих мономеров (аминокислот и нуклеотидов) без присутствия ДНК?
К счастью, открытию рибозимов удалось прояснить этот очевидный парадокс. Эти молекулы представляют собой каталитические РНК. Это решает проблему, поскольку одна и та же молекула может катализировать и переносить генетическую информацию. Вот почему существует гипотеза примитивного мира РНК.
Одна и та же РНК может реплицироваться и участвовать в образовании белков. ДНК может поступать вторично и выбираться как молекула наследования, а не РНК.
Этот факт может происходить по нескольким причинам, в основном потому, что ДНК менее реактивна и более стабильна, чем РНК.
Выводы
Основной вывод этого экспериментального плана можно резюмировать следующим утверждением: сложные органические молекулы могут происходить из более простых неорганических молекул, если они подвергаются условиям предполагаемой примитивной атмосферы, таким как высокое напряжение, ультрафиолетовое излучение и низкое содержание кислорода.
Кроме того, были обнаружены некоторые неорганические молекулы, которые являются идеальными кандидатами для образования определенных аминокислот и нуклеотидов.
Эксперимент позволяет нам наблюдать, какими могли быть строительные блоки живых организмов, предполагая, что примитивная среда соответствовала описанным выводам.
Весьма вероятно, что мир до появления жизни имел более многочисленные и сложные компоненты, чем те, которые использовал Миллер.
Хотя кажется неправдоподобным предположить происхождение жизни, исходя из таких простых молекул, Миллер смог проверить это с помощью тонкого и остроумного эксперимента.
Критика эксперимента
До сих пор ведутся споры и разногласия о результатах этого эксперимента и о том, как возникли первые клетки.
В настоящее время считается, что компоненты, которые Миллер использовал для формирования ранней атмосферы, не соответствуют ее реальности. Более современная точка зрения отводит вулканам важную роль и предполагает, что газы, из которых эти структуры производят минералы.
Ключевой момент эксперимента Миллера также был поставлен под сомнение. Некоторые исследователи считают, что атмосфера мало повлияла на создание живых организмов.
Эксперимент Миллера — Юри — известный классический эксперимент, в котором симулировались гипотетические условия раннего периода развития Земли для проверки возможности химической эволюции. Был проведён в 1953 году Стэнли Миллером и Гарольдом Юри. Аппарат, спроектированный для проведения эксперимента, включал смесь газов, соответствующую тогдашним представлениям о составе атмосферы ранней Земли, и пропускавшиеся через неё электрические разряды.
Эксперимент Миллера — Юри считается одним из важнейших опытов в исследовании происхождения жизни на Земле. Первичный анализ показал наличие в конечной смеси 5 аминокислот. Однако более точный повторный анализ, опубликованный в 2008 году, показал, что эксперимент привёл к образованию 22 аминокислот.
Описание эксперимента
Собранный аппарат представлял собой две колбы, соединённые стеклянными трубками в цикл. Заполнявший систему газ представлял собой смесь из метана (CH4), аммиака (NH3), водорода (H2) и монооксида углерода (CO). Одна колба была наполовину заполнена водой, которая при нагревании испарялась и водные пары попадали в верхнюю колбу, куда с помощью электродов подавались электрические разряды, имитирующие разряды молний на ранней Земле. По охлаждаемой трубке конденсировавшийся пар возвращался в нижнюю колбу, обеспечивая постоянную циркуляцию.
Миллер и Юри основывались в своих экспериментах на представлениях 1950-х годов о возможном составе земной атмосферы. После их экспериментов многие исследователи проводили подобные опыты в различных модификациях. Было показано, что даже небольшие изменения условий процесса и состава газовой смеси (например, добавления азота или кислорода) могли привести к очень существенным изменениям как образующихся органических молекул, так и эффективности самого процесса их синтеза. В настоящее время вопрос о возможном составе первичной земной атмосферы остаётся открытым. Однако, считается, что высокая вулканическая активность того времени способствовала выбросу также таких компонентов как диоксид углерода (CO2), азот, сероводород (H2S), двуокись серы (SO2).
Критика выводов эксперимента
Выводы о возможности химической эволюции, сделанные на основании данного эксперимента, подвергаются критике.
Как становится понятным, одним из основных аргументов критиков является отсутствие единой хиральности у синтезированных аминокислот. Действительно, полученные аминокислоты представляли собой практически равную смесь стереоизомеров, в то время как для аминокислот биологического происхождения, в том числе входящих в состав белков, весьма характерно преобладание одного из стереоизомеров. По этой причине дальнейший синтез сложных органических веществ, лежащих в основе жизни, непосредственно из полученной смеси затруднён. По мнению критиков, хотя синтез важнейших органических веществ был явно продемонстрирован, далекоидущий вывод о возможности химической эволюции, сделанный непосредственно из этого опыта, не вполне обоснован.
Много позже, в 2001 году, Алан Сагательян показал, что самореплицирующиеся пептидные системы в состоянии эффективно усиливать молекулы определённого вращения в рацемической смеси, показав таким образом, что преобладание одного из стереоизомеров могло возникнуть естественным образом. Кроме того, показано, что существует возможность спонтанного возникновения хиральности в обычных химических реакциях, известны также пути синтеза ряда стереоизомеров, в том числе, углеводородов и аминокислот, в присутствии оптически активных катализаторов. Впрочем, непосредственно в данном эксперименте ничего подобного в явном виде не произошло.
Проблему хиральности пытаются решить иными способами, в частности, через теорию занесения органики метеоритами.
Биохимик Роберт Шапиро указал, что аминокислоты, синтезированные Миллером и Юри, значительно менее сложные молекулы, чем нуклеотиды. Самая простая из тех 20 аминокислот, что входят в состав природных белков, имеет всего два углеродных атома, а 17 аминокислот из того же набора — шесть и более. Аминокислоты и другие молекулы, синтезированные Миллером и Юри, содержали не более трех атомов углерода. А нуклеотиды в процессе подобных экспериментов вообще никогда не образовывались.
Эксперимент Миллера — Юри — известный классический эксперимент, в котором симулировались гипотетические условия раннего периода развития Земли для проверки возможности химической эволюции. Был проведён в 1953 году Стэнли Миллером и Гарольдом Юри. Аппарат, спроектированный для проведения эксперимента, включал смесь газов, соответствующую тогдашним представлениям о составе атмосферы ранней Земли, и пропускавшиеся через неё электрические разряды.
Эксперимент Миллера — Юри считается одним из важнейших опытов в исследовании происхождения жизни на Земле. Первичный анализ показал наличие в конечной смеси 5 аминокислот. Однако более точный повторный анализ, опубликованный в 2008 году, показал, что эксперимент привёл к образованию 22 аминокислот.
Описание эксперимента
Собранный аппарат представлял собой две колбы, соединённые стеклянными трубками в цикл. Заполнявший систему газ представлял собой смесь из метана (CH4), аммиака (NH3), водорода (H2) и монооксида углерода (CO). Одна колба была наполовину заполнена водой, которая при нагревании испарялась и водные пары попадали в верхнюю колбу, куда с помощью электродов подавались электрические разряды, имитирующие разряды молний на ранней Земле. По охлаждаемой трубке конденсировавшийся пар возвращался в нижнюю колбу, обеспечивая постоянную циркуляцию.
Миллер и Юри основывались в своих экспериментах на представлениях 1950-х годов о возможном составе земной атмосферы. После их экспериментов многие исследователи проводили подобные опыты в различных модификациях. Было показано, что даже небольшие изменения условий процесса и состава газовой смеси (например, добавления азота или кислорода) могли привести к очень существенным изменениям как образующихся органических молекул, так и эффективности самого процесса их синтеза. В настоящее время вопрос о возможном составе первичной земной атмосферы остаётся открытым. Однако, считается, что высокая вулканическая активность того времени способствовала выбросу также таких компонентов как диоксид углерода (CO2), азот, сероводород (H2S), двуокись серы (SO2).
Критика выводов эксперимента
Выводы о возможности химической эволюции, сделанные на основании данного эксперимента, подвергаются критике.
Как становится понятным, одним из основных аргументов критиков является отсутствие единой хиральности у синтезированных аминокислот. Действительно, полученные аминокислоты представляли собой практически равную смесь стереоизомеров, в то время как для аминокислот биологического происхождения, в том числе входящих в состав белков, весьма характерно преобладание одного из стереоизомеров. По этой причине дальнейший синтез сложных органических веществ, лежащих в основе жизни, непосредственно из полученной смеси затруднён. По мнению критиков, хотя синтез важнейших органических веществ был явно продемонстрирован, далекоидущий вывод о возможности химической эволюции, сделанный непосредственно из этого опыта, не вполне обоснован.
Много позже, в 2001 году, Алан Сагательян показал, что самореплицирующиеся пептидные системы в состоянии эффективно усиливать молекулы определённого вращения в рацемической смеси, показав таким образом, что преобладание одного из стереоизомеров могло возникнуть естественным образом. Кроме того, показано, что существует возможность спонтанного возникновения хиральности в обычных химических реакциях, известны также пути синтеза ряда стереоизомеров, в том числе, углеводородов и аминокислот, в присутствии оптически активных катализаторов. Впрочем, непосредственно в данном эксперименте ничего подобного в явном виде не произошло.
Проблему хиральности пытаются решить иными способами, в частности, через теорию занесения органики метеоритами.
Биохимик Роберт Шапиро указал, что аминокислоты, синтезированные Миллером и Юри, значительно менее сложные молекулы, чем нуклеотиды. Самая простая из тех 20 аминокислот, что входят в состав природных белков, имеет всего два углеродных атома, а 17 аминокислот из того же набора — шесть и более. Аминокислоты и другие молекулы, синтезированные Миллером и Юри, содержали не более трех атомов углерода. А нуклеотиды в процессе подобных экспериментов вообще никогда не образовывались.
Эксперимент Миллера — Юри — известный классический эксперимент, в котором симулировались гипотетические условия раннего периода развития Земли для проверки возможности химической эволюции. Фактически это был экспериментальный тест гипотезы, высказанной ранее Александром Опариным и Джоном Холдейном, о том, что условия, существовавшие на примитивной Земле, способствовали химическим реакциям, которые могли привести к синтезу органических молекул из неорганических. Был проведён в 1953 году Стэнли Миллером и Гарольдом Юри. Аппарат, спроектированный для проведения эксперимента, включал смесь газов, соответствующую тогдашним представлениям о составе атмосферы ранней Земли, и пропускавшиеся через неё электрические разряды.
Эксперимент Миллера — Юри считается одним из важнейших опытов в исследовании происхождения жизни на Земле. Первичный анализ показал наличие в конечной смеси 5 аминокислот. Однако, более точный повторный анализ, опубликованный в 2008 году, показал, что эксперимент привёл к образованию 22 аминокислот. [1]
Содержание
Описание эксперимента
Собранный аппарат представлял собой две колбы, соединённые стеклянными трубками в цикл. Заполнявший систему газ представлял собой смесь из метана (CH4), аммиака (NH3), водорода (H2) и монооксида углерода (CO). Одна колба была наполовину заполнена водой, которая при нагревании испарялась и водные пары попадали в верхнюю колбу, куда с помощью электродов подавались электрические разряды, имитирующие разряды молний на ранней Земле. По охлаждаемой трубке конденсировавшийся пар возвращался в нижнюю колбу, обеспечивая постоянную циркуляцию.
Миллер и Юри основывались в своих экспериментах на представлениях 1950-х годов о возможном составе земной атмосферы. После их экспериментов многие исследователи проводили подобные опыты в различных модификациях. Было показано, что даже небольшие изменения условий процесса и состава газовой смеси (например, добавления азота или кислорода) могли привести к очень существенным изменениям как образующихся органических молекул, так и эффективности самого процесса их синтеза. В настоящее время вопрос о возможном составе первичной земной атмосферы остаётся открытым. Однако, считается, что высокая вулканическая активность того времени способствовала выбросу также таких компонентов как диоксид углерода (CO2), азот, сероводород (H2S), двуокись серы (SO2).
Критика выводов эксперимента
Выводы о возможности химической эволюции, сделанные на основании данного эксперимента, подвергаются критике. Основным аргументом критиков является отсутствие единой хиральности у синтезированных аминокислот. Действительно, полученные аминокислоты представляли собой практически равную смесь стереоизомеров, в то время как для аминокислот биологического происхождения, в том числе входящих в состав белков, весьма характерно преобладание одного из стереоизомеров. По этой причине дальнейший синтез сложных органических веществ, лежащих в основе жизни, непосредственно из полученной смеси затруднён. По мнению критиков, хотя синтез важнейших органических веществ был явно продемонстрирован, далекоидущий вывод о возможности химической эволюции, сделанный непосредственно из этого опыта, не вполне обоснован [2] .
Много позже, в 2001 году, Алан Сагательян (Alan Saghatelian et al.) [3] показал, что самореплицирующиеся пептидные системы в состоянии эффективно усиливать молекулы определённого вращения в рацематной смеси, таким образом преобладание одного из стереоизомеров могло возникнуть естественным образом. Кроме того, показано, что существует возможность спонтанного возникновения хиральности в обычных химических реакциях [4] , известны пути синтеза ряда стереоизомеров, в том числе, углеводородов и аминокислот, в присутствии катализаторов [5] [6] . Впрочем, непосредственно в данном эксперименте ничего подобного в явном виде не произошло.
Проблему хиральности пытаются решить иными способами, в частности, через теорию занесения органики метеоритами. [7]
Читайте также: