MILLEROV A UREYOV EXPERIMENT: OPIS A DÔLEŽITOSŤ - BIOLÓGIE - 2026

Miller a urey experiment sa skladá z výroby organických molekúl za použitia jednoduchších anorganické molekuly, ako východiskový materiál, za určitých podmienok. Cieľom experimentu bolo obnoviť starodávne podmienky planéty Zem.

Zámerom tejto rekreácie bolo overiť možný pôvod biomolekúl. Simulácia skutočne dosiahla produkciu molekúl - napríklad aminokyselín a nukleových kyselín - nevyhnutných pre živé organizmy.

Pred Millerom a Ureyom: Historická perspektíva

Vysvetlenie pôvodu života bolo vždy intenzívne diskutovanou a kontroverznou témou. Počas renesancie sa verilo, že život vznikol náhle a z ničoho nič. Táto hypotéza sa nazýva spontánna generácia.

Neskôr začalo klíčiť kritické myslenie vedcov a hypotéza bola zamietnutá. Otázka položená na začiatku však zostala nejasná.

V 20. rokoch 20. storočia vedci používali termín „prvotná polievka“ na opis hypotetického oceánskeho prostredia, v ktorom život pravdepodobne vznikol.

Problém bol v navrhovaní logického pôvodu biomolekúl, ktoré umožňujú život (uhľohydráty, proteíny, lipidy a nukleové kyseliny) z anorganických molekúl.

Už v 50. rokoch minulého storočia, pred experimentmi v Millerovi a Ureyovi, sa skupine vedcov podarilo syntetizovať kyselinu mravčiu z oxidu uhličitého. Tento impozantný objav bol uverejnený v prestížnom časopise Science.

Z čoho to pozostávalo?

V roku 1952 Stanley Miller a Harold Urey navrhli experimentálny protokol na simuláciu primitívneho prostredia v dômyselnom systéme sklenených trubíc a elektród vlastnej konštrukcie.

Tento systém pozostával z fľaše s vodou, ktorá je obdobou primitívneho oceánu. K tejto banke bol pripojený ďalší komponent so zložkami domnelého prebiotického prostredia.

Miller a urey použité nasledujúce pomery ho znova: 200 mm Hg metánu (CH ₄ ), 100 mm Hg vodíka (H ₂ ), 200 mm Hg amoniaku (NH ₃ ), a 200 ml vody (H ₂ O).

Systém mal tiež kondenzátor, ktorého úlohou bolo ochladzovať plyny tak, ako by to normálne dážď. Podobne integrovali dve elektródy schopné produkovať vysoké napätie, s cieľom vytvoriť vysoko reaktívne molekuly, ktoré by podporovali tvorbu komplexných molekúl.

Tieto iskry sa snažili simulovať možné blesky a blesky z prebiotického prostredia. Prístroj skončil časťou v tvare písmena „U“, ktorá zabránila tomu, aby sa para pohybovala v opačnom smere.

Experiment dostal elektrické šoky na týždeň, v rovnakom čase, keď bola voda zohriata. Proces vykurovania simuloval slnečnú energiu.

výsledok

Prvé dni bola experimentálna zmes úplne čistá. V priebehu dní začala zmes nadobúdať červenkastú farbu. Na konci experimentu táto kvapalina nadobudla intenzívnu červenú až hnedú farbu a jej viskozita sa výrazne zvýšila.

Experiment dosiahol svoj hlavný cieľ a komplexné organické molekuly boli generované z hypotetických zložiek ranej atmosféry (metán, amoniak, vodík a vodná para).

Vedci dokázali identifikovať stopy aminokyselín, ako sú glycín, alanín, kyselina asparágová a kyselina amino-n-butánová, ktoré sú hlavnými zložkami proteínov.

Úspech tohto experimentu prispel k tomu, že ďalší výskumníci pokračovali v skúmaní pôvodu organických molekúl. Pridaním modifikácií do protokolu Miller a Urey sa znovu vytvorilo dvadsať známych aminokyselín.

Mohli by sa tiež vytvárať nukleotidy, ktoré sú základnými stavebnými kameňmi genetického materiálu: DNA (kyselina deoxyribonukleová) a RNA (kyselina ribonukleová).

dôležitosť

Experimentu sa podarilo experimentálne overiť výskyt organických molekúl a navrhuje celkom atraktívny scenár na vysvetlenie možného pôvodu života.

Vzniká však inherentná dilema, pretože molekula DNA je potrebná na syntézu proteínov a RNA. Nezabúdajme, že ústredná dogma biológie navrhuje, aby sa DNA transkribovala na RNA a aby sa transkribovala na proteíny (existujú známe výnimky z tejto premisy, ako sú retrovírusy).

Ako sa teda tieto biomolekuly tvoria z ich monomérov (aminokyselín a nukleotidov) bez prítomnosti DNA?

Našťastie objav ribozýmov dokázal objasniť tento zdanlivý paradox. Tieto molekuly sú katalytické RNA. Toto rieši problém, pretože rovnaká molekula môže katalyzovať a prenášať genetické informácie. Preto existuje hypotéza o primitívnom svete RNA.

Rovnaká RNA sa môže replikovať sama a zúčastňovať sa na tvorbe proteínov. DNA môže prísť sekundárnym spôsobom a môže byť vybraná ako molekula dedičnosti nad RNA.

Táto skutočnosť sa môže vyskytnúť z niekoľkých dôvodov, najmä preto, že DNA je menej reaktívna a stabilnejšia ako RNA.

závery

Hlavný záver tohto experimentálneho návrhu možno zhrnúť pomocou nasledujúceho tvrdenia: zložité organické molekuly by mohli pochádzať z jednoduchších anorganických molekúl, ak sú vystavené podmienkam predpokladanej primitívnej atmosféry, ako sú vysoké napätia, ultrafialové žiarenie a nízke obsah kyslíka.

Ďalej sa našli niektoré anorganické molekuly, ktoré sú ideálnymi kandidátmi na tvorbu určitých aminokyselín a nukleotidov.

Experiment nám umožňuje pozorovať, ako mohli byť stavebné kamene živých organizmov, za predpokladu, že primitívne prostredie vyhovovalo opísaným záverom.

Je veľmi pravdepodobné, že svet pred objavením života mal početnejšie a komplexnejšie komponenty ako tie, ktoré používa Miller.

Aj keď sa zdá nepravdepodobné navrhnúť pôvod života počnúc takými jednoduchými molekulami, Miller bol schopný to overiť jemným a dômyselným experimentom.

Kritika experimentu

Stále existujú diskusie a diskusie o výsledkoch tohto experimentu ao tom, ako vznikli prvé bunky.

V súčasnosti sa verí, že komponenty, ktoré Miller použil na vytvorenie skorej atmosféry, sa nezhodujú s realitou. Modernejší pohľad dáva sopkám dôležitú úlohu a navrhuje, aby plyny, ktoré tieto štruktúry produkujú minerály.

Bol spochybnený aj kľúčový bod Millerovho experimentu. Niektorí vedci sa domnievajú, že atmosféra mala malý vplyv na tvorbu živých organizmov.

Referencie

1. Bada, JL, a Cleaves, HJ (2015). Ab initio simulácie a Millerov prebiotický syntézny experiment. Zborník Národnej akadémie vied, 112 (4), E342-E342.
2. Campbell, NA (2001). Biológia: Koncepty a vzťahy. Pearson Education.
3. Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S.,… & Cronin, L. (2017). Miller - experimenty s vybíjaním iskier Urey vo svete deutéria. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194.
4. Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… & Fernández, FM (2014). Uskutočňovanie experimentov Miller-Urey. Žurnál vizualizovaných experimentov: JoVE, (83).
5. Sadava, D., a Purves, WH (2009). Život: Biológia. Panamerican Medical Ed.