MILLER OG UREY EKSPERIMENT: BESKRIVELSE OG BETYDNING - BIOLOGI - 2025

The Miller og Urey eksperiment består af fremstilling af organiske molekyler under anvendelse enklere uorganiske molekyler som udgangsmateriale under visse betingelser. Formålet med eksperimentet var at genskabe de gamle forhold på planeten Jorden.

Formålet med nævnte rekreation var at verificere biomolekylernes mulige oprindelse. Faktisk opnåede simuleringen produktionen af ​​molekyler - såsom aminosyrer og nukleinsyrer - essentielle for levende organismer.

Før Miller og Urey: Historisk perspektiv

Forklaringen af ​​livets oprindelse har altid været et intenst omdiskuteret og kontroversielt emne. Under renæssancen blev det antaget, at livet pludselig stammer fra noget andet. Denne hypotese er kendt som spontan generation.

Senere begyndte forskernes kritiske tænkning at spire, og hypotesen blev bortkastet. Det spørgsmål, der blev stillet i starten, forblev imidlertid uklart.

I 1920'erne brugte tidens videnskabsmænd udtrykket "primordial suppe" til at beskrive et hypotetisk oceanisk miljø, hvor livet sandsynligvis stammer fra.

Problemet var at foreslå en logisk oprindelse for de biomolekyler, der muliggør liv (kulhydrater, proteiner, lipider og nukleinsyrer) fra uorganiske molekyler.

Allerede i 1950'erne, før Miller og Urey-eksperimenterne, lykkedes det en gruppe forskere at syntetisere myresyre fra kuldioxid. Denne formidable opdagelse blev offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Science.

Hvad bestod det af?

I 1952 designede Stanley Miller og Harold Urey en eksperimentel protokol til at simulere et primitivt miljø i et genialt system af glasrør og elektroder efter deres egen konstruktion.

Systemet bestod af en kolbe med vand, analogt med det primitive hav. Forbundet med denne kolbe var en anden med komponenterne i det formodede prebiotiske miljø.

Miller og Urey anvendt følgende forhold for at genskabe det: 200 mmHg af methan (CH ₄), 100 mmHg af hydrogen (H ₂), 200 mmHg af ammoniak (NH ₃), og 200 ml vand (H ₂ O).

Systemet havde også en kondensator, hvis opgave var at afkøle gasserne, som regn normalt ville. På samme måde integrerede de to elektroder, der er i stand til at producere høje spændinger, med det formål at skabe stærkt reaktive molekyler, der ville fremme dannelsen af ​​komplekse molekyler.

Disse gnister forsøgte at simulere mulige lynskruer og lyn fra det prebiotiske miljø. Apparatet sluttede i en “U” -formet del, der forhindrede dampen i at køre i modsat retning.

Eksperimentet modtog elektriske stød i en uge, på samme tid som vandet blev opvarmet. Opvarmningsprocessen simulerede solenergi.

Resultater

De første dage var eksperimentblandingen fuldstændig ren. I løbet af dage begyndte blandingen at få en rødlig farve. Ved afslutningen af ​​eksperimentet fik denne væske en intens rød, næsten brun farve, og dens viskositet steg markant.

Eksperimentet nåede dets hovedmål, og komplekse organiske molekyler blev genereret fra de hypotetiske komponenter i den tidlige atmosfære (methan, ammoniak, brint og vanddamp).

Forskerne kunne identificere spormængder af aminosyrer, såsom glycin, alanin, asparaginsyre og amino-n-smørsyre, som er de vigtigste komponenter i proteiner.

Succesen med dette eksperiment bidrog til, at andre forskere fortsatte med at undersøge oprindelsen af ​​organiske molekyler. Ved at tilføje modifikationer til Miller og Urey-protokollen blev de tyve kendte aminosyrer genskabt.

Nukleotider kunne også dannes, som er de grundlæggende byggesten til genetisk materiale: DNA (deoxyribonucleic acid) og RNA (ribonucleic acid).

Betydning

Eksperimentet formåede eksperimentelt at verificere udseendet af organiske molekyler og foreslår et ret attraktivt scenario til at forklare det mulige livets oprindelse.

Imidlertid oprettes et iboende dilemma, da DNA-molekylet er påkrævet til protein- og RNA-syntese. Lad os huske, at biologiens centrale dogme foreslår, at DNA transkriberes til RNA, og at dette transkriberes til proteiner (undtagelser fra denne forudsætning er kendt, såsom retrovira).

Så hvordan dannes disse biomolekyler ud fra deres monomerer (aminosyrer og nukleotider) uden tilstedeværelse af DNA?

Heldigvis lykkedes det opdagelsen af ​​ribozymer at tydeliggøre dette tilsyneladende paradoks. Disse molekyler er katalytiske RNA'er. Dette løser problemet, da det samme molekyle kan katalysere og bære genetisk information. Dette er grunden til, at den primitive RNA-verdenshypotese findes.

Det samme RNA kan replikere sig selv og deltage i dannelsen af ​​proteiner. DNA kan komme på en sekundær måde og vælges som et arvsmolekyle over RNA.

Denne kendsgerning kan forekomme af flere grunde, hovedsageligt fordi DNA er mindre reaktivt og mere stabilt end RNA.

konklusioner

Hovedkonklusionen af ​​dette eksperimentelle design kan opsummeres med følgende udsagn: komplekse organiske molekyler kunne have deres oprindelse fra enklere uorganiske molekyler, hvis de udsættes for betingelserne i den formodede primitive atmosfære, såsom høje spændinger, ultraviolet stråling og lav iltindhold.

Desuden blev der fundet nogle uorganiske molekyler, som er ideelle kandidater til dannelse af visse aminosyrer og nukleotider.

Eksperimentet giver os mulighed for at observere, hvordan byggestenene i levende organismer kunne have været, under forudsætning af, at det primitive miljø var i overensstemmelse med de beskrevne konklusioner.

Det er meget sandsynligt, at verden før livets udseende havde flere og komplekse komponenter end dem, der blev brugt af Miller.

Selvom det synes umuligt at foreslå livets oprindelse ud fra så enkle molekyler, var Miller i stand til at verificere det med et subtilt og genialt eksperiment.

Kritik af eksperimentet

Der er stadig debatter og kontroverser om resultaterne af dette eksperiment og om, hvordan de første celler opstod.

Det menes i øjeblikket, at de komponenter, som Miller brugte til at danne den primitive atmosfære, ikke stemte overens med dets virkelighed. En mere moderne opfattelse giver vulkaner en vigtig rolle og foreslår, at de gasser, disse strukturer producerer mineraler.

Et vigtigt punkt i Millers eksperiment er også blevet drøftet. Nogle forskere mener, at atmosfæren havde lille indflydelse på skabelsen af ​​levende organismer.

Referencer

1. Bada, JL, & Cleaves, HJ (2015). Ab initio-simuleringer og Miller-prebiotisk synteseeksperiment. Proces of the National Academy of Sciences, 112 (4), E342-E342.
2. Campbell, NA (2001). Biologi: begreber og relationer. Pearson Uddannelse.
3. Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S.,… & Cronin, L. (2017). Miller - Urey gnistudledningseksperimenter i Deuterium-verdenen. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194.
4. Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… & Fernández, FM (2014). Udførelse af Miller-Urey-eksperimenter. Tidsskrift for visualiserede eksperimenter: JoVE, (83).
5. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Liv: Videnskaben om biologi. Panamerican Medical Ed.