ЭКСПЕРИМЕНТ МИЛЛЕРА И ЮРИ: ОПИСАНИЕ И ВАЖНОСТЬ - БИОЛОГИЯ - 2025

Эксперимент Миллера и Юри состоит из производства органических молекул с помощью более простых неорганических молекул в качестве исходного материала при определенных условиях. Целью эксперимента было воссоздать древние условия планеты Земля.

Целью этого отдыха было 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 была интенсивно обсуждается и спорная тема. 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.

В 1920-х годах ученые того времени использовали термин «изначальный суп» для описания гипотетической океанической среды, в которой, вероятно, зародилась жизнь.

Проблема 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 Science.

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: 200 мм рт. Ст. Метана (CH ₄ ), 100 мм рт. Ст. Водорода (H ₂ ), 200 мм рт. Ст. Аммиака (NH ₃ ) и 200 мл воды (H ₂ O).

В системе также был конденсатор, задачей которого было охлаждение газов, как обычно бывает при дожде. 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 молнии и молнии из пребиотической среды. Аппарат заканчивался U-образной частью, которая не позволяла пару двигаться в обратном направлении.

Эксперимент подвергался ударам электрическим током в течение недели, одновременно с нагревом 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 эксперимента 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 способствовал 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 получены нуклеотиды, которые являются основными строительными блоками генетического материала: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота).

значение

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 (есть известные исключения из этой предпосылки, такие как ретровирусы).

Так как же эти биомолекулы образуются из своих мономеров (аминокислот и нуклеотидов) без присутствия ДНК?

К счастью, открытие рибозимов помогло прояснить этот очевидный парадокс. Эти молекулы представляют собой каталитические РНК. Это решает проблему, поскольку одна и та же молекула может катализировать и нести генетическую информацию. Вот почему существует гипотеза о примитивном мире 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 воздействию условий предполагаемой примитивной атмосферы, таких 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, как могло происходить создание блоков 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 предположение о происхождении жизни 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 примитивной атмосферы, не соответствовали ее реальности. Более современная точка зрения отводит вулканам важную роль и предполагает, что газы, которые эти структуры производят, производят минералы.

Ключевой момент эксперимента Миллера также был поставлен под сомнение. Некоторые исследователи считают, что атмосфера мало повлияла на создание живых организмов.

Ссылки

1. Бада, Дж. Л., и Кливз, Г. Дж. (2015). Моделирование ab initio и эксперимент Миллера по синтезу пребиотиков. Слушания Национальной академии наук, 112 (4), E342-E342.
2. Кэмпбелл, Северная Каролина (2001). Биология: понятия и отношения. Pearson Education.
3. Купер, Г.Дж., Сурман, А.Дж., Макивер, Дж., Колон-Сантос, С.М., Громски, П.С., Бухвальд, С.,… и Кронин, Л. (2017). Миллер-Юри Эксперименты с искровым разрядом в мире дейтерия. Ангевандте Хеми, 129 (28), 8191-8194.
4. Паркер, И.Т., Кливз, Дж. Х., Бертон, А.С., Главин, Д. П., Дворкин, Дж. П., Чжоу, М.,… и Фернандес, FM (2014). Проведение экспериментов Миллера-Юри. Журнал визуализированных экспериментов: JoVE, (83).
5. Садава Д. и Пурвес WH (2009). Жизнь: Наука биологии. Panamerican Medical Ed.