EKSPERIMENT S MILLEROM I UREYEM: OPIS I VAŽNOST - BIOLOGIJA - 2025

Eksperimenta Miller i Urey sastoji od proizvodnje organskih molekula koriste jednostavniji anorganske molekule kao polazni materijal, pod određenim uvjetima. Cilj eksperimenta bio je ponovno stvoriti drevne uvjete planete Zemlje.

Namjera navedene rekreacije bila je provjeriti moguće podrijetlo biomolekula. Doista, simulacijom je postignuta proizvodnja molekula - poput aminokiselina i nukleinskih kiselina - neophodnih za žive organizme.

Prije Millera i Ureya: Povijesna perspektiva

Objašnjenje podrijetla života uvijek je bilo intenzivno raspravljano i kontroverzno. Tijekom renesanse vjerovalo se da život potiče iznenada i niotkuda. Ova je hipoteza poznata kao spontana generacija.

Kasnije je kritičko razmišljanje znanstvenika počelo klijati i hipoteza je odbačena. Međutim, pitanje koje je postavljeno na početku ostalo je nejasno.

U 1920-ima, tadašnji znanstvenici koristili su izraz "praiskonska juha" kako bi opisali hipotetičku oceansku sredinu iz koje je život vjerojatno nastao.

Problem je bio u prijedlogu logičkog podrijetla biomolekula koje omogućuju život (ugljikohidrati, proteini, lipidi i nukleinske kiseline) iz anorganskih molekula.

Već 1950-ih, prije eksperimenata Miller i Urey, skupina znanstvenika uspjela je sintetizirati mravlju kiselinu iz ugljičnog dioksida. Ovo nevjerojatno otkriće objavljeno je u uglednom časopisu Science.

Od čega se sastojao?

Do 1952., Stanley Miller i Harold Urey osmislili su eksperimentalni protokol kako bi simulirali primitivno okruženje u genijalnom sustavu staklenih cijevi i elektroda vlastite konstrukcije.

Sustav se sastojao od tikvice vode analogne primitivnom oceanu. Spojena s tom tikvicom bila je druga s komponentama pretpostavljenog okruženja prebiotika.

Miller i Urey koriste slijedeće omjere je ponovo: 200 mmHg metana (CH ₄), 100 mmHg vodika (H ₂), 200 mm Hg amonijaka (NH ₃), i 200 ml vode (H ₂ O).

Sustav je imao i kondenzator, čiji je zadatak bio hlađenje plinova onako kako bi kiša inače mogla. Isto tako, integrirali su dvije elektrode sposobne stvarati visoke napone, s ciljem stvaranja visoko reaktivnih molekula koje bi potaknule stvaranje složenih molekula.

Te su iskre nastojale simulirati moguće munje i munje iz prebiotičkog okruženja. Uređaj je završio u "U" dijelu koji je spriječio da para krene u obrnutom smjeru.

Eksperiment je doživio strujne udare tjedan dana, istovremeno kad se voda zagrijavala. Proces grijanja simulirao je solarnu energiju.

Rezultati

Prvih dana eksperimentalna smjesa bila je potpuno čista. Tijekom dana smjesa je poprimila crvenkastu boju. Na kraju eksperimenta, ova tekućina poprimila je intenzivno crvenu gotovo smeđu boju, a viskoznost joj se vidno povećala.

Eksperiment je postigao svoj glavni cilj, a složene organske molekule nastale su iz hipotetičkih komponenti rane atmosfere (metana, amonijaka, vodika i vodene pare).

Istraživači su uspjeli identificirati tragove aminokiselina, poput glicina, alanina, aspartanske kiseline i amino-n-maslačne kiseline, koji su glavni sastojci proteina.

Uspjeh ovog eksperimenta pridonio je i drugim istraživačima koji su nastavili istraživati ​​podrijetlo organskih molekula. Dodavanjem modifikacija u Miller i Urey protokol, rekreirano je dvadeset poznatih aminokiselina.

Mogli bi se stvoriti i nukleotidi koji su temeljni sastavni dijelovi genetskog materijala: DNA (deoksiribonukleinska kiselina) i RNA (ribonukleinska kiselina).

Važnost

Eksperimentom je uspio eksperimentalno potvrditi izgled organskih molekula i predlaže prilično atraktivan scenarij kako bi se objasnio moguće podrijetlo života.

Međutim, stvara se urođena dilema, jer je molekula DNA potrebna za sintezu proteina i RNA. Sjetimo se da središnja dogma biologije predlaže da se DNA prepisuje u RNA i da se transkribira u proteine ​​(postoje izuzeci od ove premise, poput retrovirusa).

Pa kako se te biomolekule formiraju iz njihovih monomera (aminokiselina i nukleotida) bez prisustva DNK?

Srećom, otkriće ribocime uspjelo je razjasniti ovaj prividni paradoks. Te su molekule katalitička RNA. Ovo rješava problem jer ista molekula može katalizirati i prenositi genetske informacije. Zbog toga postoji hipoteza o primitivnom svijetu RNA.

Ista RNA može se replicirati i sudjelovati u stvaranju proteina. DNA može doći na sekundarni način i biti odabrana kao molekula nasljeđivanja nad RNA.

Ova se činjenica može pojaviti iz više razloga, uglavnom zbog toga što je DNK manje reaktivna i stabilnija od RNA.

Zaključci

Glavni zaključak ovog eksperimentalnog dizajna može se sažeti sljedećom tvrdnjom: složene organske molekule mogle bi proizaći iz jednostavnijih anorganskih molekula ako su izložene uvjetima pretpostavljene primitivne atmosfere kao što su visoki naponi, ultraljubičasto zračenje i niski sadržaj kisika.

Nadalje, pronađene su neke anorganske molekule koje su idealni kandidati za stvaranje određenih aminokiselina i nukleotida.

Eksperiment nam omogućuje promatranje kako su mogli biti građevni blokovi živih organizama, pretpostavljajući da je primitivno okruženje u skladu s opisanim zaključcima.

Vrlo je vjerojatno da je svijet prije pojave života imao brojnije i složenije komponente od onih koje je koristio Miller.

Iako se čini nevjerojatnim predložiti porijeklo života polazeći od tako jednostavnih molekula, Miller ga je uspio potvrditi suptilnim i domišljatim eksperimentom.

Kritika eksperimenta

Još uvijek se vode rasprave i kontroverze o rezultatima ovog eksperimenta i o tome kako su nastale prve stanice.

Trenutno se vjeruje da komponente koje je Miller koristio za oblikovanje primitivne atmosfere ne odgovaraju stvarnosti. Moderniji prikaz daje vulkanu važnu ulogu i predlaže da plinovi u tim strukturama proizvode minerale.

Ključna točka Millerovog eksperimenta također je dovedena u pitanje. Neki istraživači smatraju da je atmosfera imala malo utjecaja na stvaranje živih organizama.

Reference

1. Bada, JL, & Cleaves, HJ (2015). Ab initio simulacije i Millerov eksperiment sinteze prebiotika. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti, 112 (4), E342-E342.
2. Campbell, NA (2001). Biologija: pojmovi i odnosi. Pearson Education.
3. Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S.,… & Cronin, L. (2017). Miller - Urey Eksperimenti za iskrenje u ispuštanju u svijetu Deuteriuma. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194.
4. Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… i Fernández, FM (2014). Izvođenje pokusa Miller-Urey. Časopis vizualiziranih pokusa: JoVE, (83).
5. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Život: Znanost o biologiji. Panamerican Medical Ed.