Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Молекулы, необходимые для жизни, могли возникать в ходе химических реакций на заре развития Земли.

4,5 миллиарда лет назад, когда возникла Земля, она представляла собой раскаленный безжизненный шар. Сегодня же на ней в изобилии встречаются разные формы жизни. В связи с этим возникает вопрос: какие изменения происходили на нашей планете с момента ее образования и по сегодняшний день, и главное - как на безжизненной Земле возникли молекулы, образующие живые организмы? В 1953 году в Чикагском университете был поставлен эксперимент, сегодня ставший классическим. Он указал ученым путь к ответу на этот фундаментальный вопрос.

В 1953 году Гарольд Юри был уже Нобелевским лауреатом, а Стэнли Миллер - всего лишь его аспирантом. Идея эксперимента Миллера была простой: в полуподвальной лаборатории он воспроизвел атмосферу древнейшей Земли, какой она была по мнению ученых, и со стороны наблюдал за тем, что происходит. При поддержке Юри он собрал простой аппарат из стеклянной сферической колбы и трубок, в котором испарявшиеся вещества циркулировали по замкнутому контуру, охлаждались и вновь поступали в колбу. Миллер заполнил колбу газами, которые, по мнению Юри и русского биохимика Александра Опарина (1894–1980), присутствовали в атмосфере на заре формирования Земли, - водяным паром, водородом, метаном и аммиаком. Чтобы сымитировать солнечное тепло, Миллер нагревал колбу на бунзеновской горелке, а чтобы получить аналог вспышек молний - вставил в стеклянную трубку два электрода. По его замыслу, материал, испаряясь из колбы, должен был поступать в трубку и подвергаться воздействию электрического искрового разряда. После этого материал должен был охлаждаться и возвращаться в колбу, где весь цикл начинался вновь.

После двух недель работы системы жидкость в колбе стала приобретать темный красно-коричневый оттенок. Миллер провел анализ этой жидкости и обнаружил в ней аминокислоты - основные структурные единицы белков . Так у ученых появилась возможность изучать происхождение жизни с точки зрения основных химических процессов. Начиная с 1953 года с помощью усложненных вариантов эксперимента Миллера-Юри, как стали его с тех пор называть, были получены все виды биологических молекул - включая сложные белки, необходимые для клеточного метаболизма, и жировые молекулы, называемые липидами и образующие мембраны клетки. По-видимому, тот же результат мог бы быть получен и при использовании вместо электрических разрядов других источников энергии - например, тепла и ультрафиолетового излучения. Так что почти не остается сомнений в том, что все компоненты, необходимые для сборки клетки, могли быть получены в химических реакциях, происходивших на Земле в древнейшие времена.

Ценность эксперимента Миллера-Юри состоит в том, что он показал, что вспышки молний в атмосфере древней Земли за несколько сот миллионов лет могли вызвать образование органических молекул, попадавших вместе с дождем в «первичный бульон» (см. также Теория эволюции). Не установленные до сих пор химические реакции, происходящие в этом «бульоне», могли привести к образованию первых живых клеток. В последние годы возникают серьезные вопросы по поводу того, как развивались эти события, в частности подвергается сомнению присутствие аммиака в атмосфере древнейшей Земли. Кроме того, предложено несколько альтернативных сценариев, которые могли привести к образованию первой клетки, начиная от ферментативной активности биохимической молекулы РНК и кончая простыми химическими процессами в океанских глубинах. Некоторые ученые даже предполагают, что происхождение жизни имеет отношение к новой науке о сложных адаптивных системах и что не исключено, что жизнь - это неожиданное свойство материи, возникающие скачкообразно в определенный момент и отсутствующее у ее составных частей. В наши дни эта область знаний переживает период бурного развития, в ней появляются и проходят проверку различные гипотезы. Из этого водоворота гипотез должна появиться теория о том, как же возникли наши самые далекие предки.

См. также:

Stanley Lloyd Miller, р. 1930

Американский химик. Родился в Окленде, штат Калифорния, получил образование в Калифорнийском университете в Беркли и в Чикагском университете. Начиная с 1960 года профессиональная деятельность Миллера была в основном связана с Калифорнийским университетом в Сан-Диего, где он занимал должность профессора химии. За работу по проведению эксперимента Миллера—Юри был удостоен звания научного сотрудника в Калифорнийском технологическом институте.

Harold Clayton Urey, 1893-1981

Американский химик. Родился в Уолкертоне, штат Индиана, в семье священника. Изучал зоологию в университете штата Монтана и получил докторскую степень по химии в Калифорнийском университете в Беркли. Впервые применил физические методы в химии и в 1934 году был удостоен Нобелевской премии в области химии за открытие дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Позднее его деятельность была связана в основном с изучением различий в скорости химических реакций при использовании разных изотопов.

Происхождение жизни на Земле - одна из самых волнующих загадок современной науки. На вопрос, почему эта жизнь в конце концов зародилась, ответить, судя по всему, предстоит астрофизикам. Рассказать же о процессе природного синтеза первых простейших биогенных молекул способны химики.

Стоит сказать, что гипотезы о первых шагах молекул жизни по Земле появляются регулярно. Одни касаются процессов самоорганизации , другие вовсю эксплуатируют довольно противоречивые природные свидетельства и так далее. Между тем основным оружием ученого со времён Галилея остается эксперимент.

Эксперимент по воссозданию земных условий, приведших к синтезу первых органических молекул, ставших в итоге кирпичиками мироздания, был поставлен Стэнли Миллером более полувека назад. О некоторых его результатах мы смогли узнать только сегодня.

Публикация в журнале Science описывает данные, ускользнувшие от ученых 50 с лишним лет назад.

Тогда нобелевский лауреат Гарольд Юри, получивший престижную премию за открытие тяжелой воды и увлекшийся впоследствии проблемами космохимии, вдохновил одного из своих подопечных, Стэнли Миллера, теорией доисторического абиотического супа, из которого под влиянием внешних факторов получились первые органические молекулы.

Согласно представлениям того времени, земная атмосфера была сильно отличной от нынешней. Она содержала много метана и аммиака, паров воды и была практически полностью лишена кислорода, что облегчало доступ ультрафиолетового излучения Солнца к поверхности планеты. Кроме того, тогда гораздо ярче проявляла себя вулканическая активность, и грозы, сопровождаемые сильнейшими электрическим разрядами, были нередки. Такие условия как нельзя лучше подходят для многих реакций органического синтеза, что и натолкнуло ученых на мысли о биогенном будущем подобных реакций.

Для того чтобы воссоздать подобные реакции в лаборатории в условиях, приближенных к тем, что царили на Земле миллиарды лет назад, Миллер, работавший тогда в Чикагском университете, разработал оригинальный химический прибор. Он состоит из большой реакционной колбы, содержащей пары метана, аммиака и водорода, в которую снизу нагнетается горячий водяной пар. Сверху же расположены вольфрамовые электроды, генерирующие искровой разряд. Моделируя таким образом условия грозы в окрестностях действующего прибрежного вулкана, Миллер надеялся получить в ходе синтеза биологические молекулы.

После окончания синтеза Миллер сумел обнаружить в реакционной колбе пять аминокислот - основных строительных блоков всех белков: аспарагиновую кислоту, глицин, альфа-аминомасляную кислоту и два оптических изомера аланина.

Два года спустя Миллер повторил свои эксперименты в аппаратах с измененной конфигурацией. Один из них подразумевал использование струйного насоса с соплом, с силой вталкивающим насыщенный водяной пар в реакционную колбу. Таким образом Миллер надеялся сделать условия эксперимента максимально приближенными к условиям извержения подводного вулкана в грозу. Третий же аппарат вместо искрового разряда давал тлеющий. Ученый сумел показать наличие нескольких дополнительных аминокислот в смеси продуктов реакции, а также продемонстрировал наличие нескольких дополнительных карбоновых и гидроксикилот.

Однако в те годы Миллеру приходилось полагаться на очень примитивное по сегодняшним меркам аналитическое оборудование. Потому он с группой коллег повторил свои опыты в 1972 году с использованием оборудования существенно более совершенного. Правда, тогда Миллер провел синтез в приборе, разработанном еще для публикации в 1953 году, сочтя, что аппараты с соплом и тлеющим разрядом особой продуктивностью не отличаются.

Стэнли Миллер умер 20 мая 2007 года. Разбирая его дневники и архивы, близкие и коллеги обнаружили записи, относящиеся к работам 50-х годов, а также несколько склянок с подписями.

Подписи указали на то, что содержимое склянок - не что иное, как продукты синтеза в аппаратах Миллера, сохраненные автором в неприкосновенном виде.

Ими заинтересовался Джеффри Бада, выпускник химической школы Миллера, ныне тоже уже старичок, работающий в Институте океанологии при Калифорнийском университете в Сан-Диего.

Согласно записям Миллера, никогда прежде не публиковавшимся, синтез в аппарате с соплом давал несколько больший выход продуктов. Именно эти образцы и заинтересовали Баду и его коллег, авторов свежей публикации, в распоряжении которых оказались самые совершенные инструментальные методы.

Для того чтобы заново изучить состав продуктов синтеза, ученые растворили содержимое склянок в дважды дистиллированной деионизированной воде и провели высокоэффективную жидкостную хроматографию, результаты которой проанализировали на масс-спектрометре с детектором, фиксирующем время полета ионизированных частиц. Такой метод анализа позволяет идентифицировать компоненты смеси даже в субпикомолярной концентрации (менее чем 10 --12 моля на литр).

Оказалось, что смесь продуктов содержала вовсе не пять аминокислот, а двадцать две! Плюс пять молекул аминов, которые Миллер просто не мог идентифицировать полвека назад.

Изучив аналогичным методом остальные склянки, ученые убедились, что в результате этих экспериментов набор продуктов синтеза был менее разнообразен.

Впрочем, сегодня геохимики утверждают, что атмосфера Земли никогда не была такой, какой её считали 50 лет назад. Она была менее основной и менее восстановительной, потому на опыты Миллера нельзя полагаться как на эксперимент, доказывающий теорию абиотического супа. В то же самое время авторы публикации уверены, что если на всей Земле и не существовало подходящих условий, они, несомненно, должны были сопровождать хотя бы точечные извержения вулканов, продолжительность которых миллиарды лет назад позволяла приобщиться к делу синтеза первых органических молекул и грозам. Эти молекулы могли собираться в лагунах вулканических островов, где морской прилив и солнечный ультрафиолет довершали дело конденсации альдегидов, кетонов и других молекул в длинные полимерные цепочки.

Популярность теории древнего абиотического супа в связи с работами Миллера позволила ей попасть даже в школьный курс природоведения, однако современные свидетельства говорят в пользу того, что жизнь изначально зародилась все же не на поверхности планеты. Здешние переменчивые условия были слишком экстремальны даже для того, чтобы жизнь, вопреки всему зародившаяся в маленьких вулканических островах стабильности, распространилась, развилась в современные формы.

Подлинная стабильность в то время существовала только на дне океана, где в зонах срединных океанических хребтов тепло недр Земли неспешно питало базовые химические реакции.

Срединные океанические хребты были открыты практически одновременно с опытами Миллера, а детальное их исследование - это вообще достижения последних десяти-двадцати лет, сделавших доступными исследования морского дна с помощью глубоководных обитаемых аппаратов. Появись такие аппараты раньше лет на тридцать - и теория абиотического супа могла быть и вовсе не выдвинута.

Повторить опыты Миллера в условиях, больше напоминающих современные представления о далёком прошлом Земли, ещё предстоит. И не исключено, что кому-то из нынешних аспирантов химических факультетов суждено стать не менее знаменитым, чем Стэнли Миллеру.

Первые эксперименты, моделирующие первичную атмосферу Земли, были поставлены в 1953 г. американским ученым Стэнли Миллером (род. в 1930 г.). Его установка представляла собой колбу, внутри которой создавались электрические разряды. В колбе находилась вода и различные газы, предположительно входящие в состав первичной атмосферы (водород, метан, аммиак и др.). Свободный кислород в системе отсутствовал. При нагревании в установке происходила постоянная циркуляция водяного пара и газов. После нескольких дней эксперимента в колбе образовывались простейшие органические соединения: аминокислоты (строительный материал для белков), азотистые основания (компоненты нуклеиновых кислот) и некоторые другие вещества. Их концентрация возрастала по мере убывания исходных компонентов.

Вслед за опытами Миллера последовали другие эксперименты. Варьировался состав исходной смеси, источники энергии, длительность опытов, вводились различные катализаторы. Было показано, что подобные реакции происходят даже при обычном нагревании, при этом среда может быть как водной, так и безводной.

Биогенез

Разнообразие экспериментов позволяет предположить, что неорганический синтез органических соединений мог быть достаточно распространенным явлением в прошлом нашей планеты. При этом в качестве исходной среды для подобных процессов рассматривались различные природные системы. Так, академик А. И. Опарин считал, что такие реакции происходили в морях и океанах и сопровождались увеличением концентрации образующихся органических веществ, при этом водная среда становилась «первичным бульоном», способным к дальнейшей эволюции.

Однако образование органических молекул и их полимеризация являются только началом в длинной цепочке эволюции, которая привела к появлению первых живых клеток, поскольку отдельно взятый белок еще не обладает специфическими свойствами, присущими организму в целом. Поэтому на смену химической эволюции должна была прийти биологическая.

Процесс возникновения и эволюции живых систем называется биогенезом.

Рассмотренный выше неорганический синтез органических соединений является начальной стадией биогенеза.

Последующие этапы эволюции

Согласно гипотезе А. И. Опарина, предками настоящих клеток были протоклеточные структуры, способные к простейшему обмену с окружающей средой. Они образовывались по мере накопления в исходной среде органических молекул. Этот процесс называется коацервацией, т.е. объединением в небольшие комплексы, называемые коацерватами (от латинского coacervus – сгусток). Механизм коацервации связан с поляризованностью молекул многих органических веществ. Взаимодействие нескольких таких молекул приводит к сближению их полярных концов и образованию «коацерватной капли».

Возникающие коацерваты обладали значительно бóльшими возможностями, чем отдельные молекулы, поскольку могли поглощать из окружающей среды другие вещества. Если вещество оказывалось вредным, коацерват распадался, а если оно усваивалось, коацерват увеличивался в размерах и изменял свою структуру. Этому способствовало появление примитивных мембран, роль которых играли липидоподобные соединения. К ним относятся поверхностно-активные вещества, которые в силу полярности своих молекул стремятся образовывать мономолекулярные пленки на поверхности раздела двух сред. Мембраны не только выполняли защитные функции, но и способствовали дальнейшему обособлению коацерватов от окружающей среды и сохранению постоянства своего внутреннего состава.

В ходе химической эволюции коацерваты при увеличении своих размеров приобрели способность распадаться на дочерние капли, сохраняющие особенности и химический состав материнского комплекса. Параллельно шла дифференциация свойств молекул внутри коацерватов: белки оказались способными регулировать ход химических реакций, приводящих к появлению новых органических веществ, а нуклеотидные цепи постепенно приобрели возможность удваиваться по принципу дополнения. Дальнейшая эволюция этих важнейших свойств привела к появлению наследственного генетического кода, несущего информацию о строении белковых молекул. Таким образом, развитие коацерватов привело к появлению первых примитивных прокариотических клеток. Это произошло более 4 млрд. лет назад.

Прокариотические клетки – примитивно устроенные клетки, не имеющие клеточного ядра, генетический материал (ДНК) которых находится прямо в цитоплазме.

Эти клетки типичны для организмов – прокариотов, к которым в настоящее время относятся некоторые бактерии и сине-зеленые водоросли.

Прокариоты были гетеротрофами, т.е. в качестве источника энергии использовали органическое вещество первичного бульона. Они существовали в условиях бескислородной атмосферы, поэтому их метаболизм был анаэробным.

Анаэробный метаболизм – обмен веществ и энергии, протекающий в отсутствие атмосферного кислорода.

Постепенно запасы органических веществ, необходимых для питания, истощались, и у некоторых клеток возникла способность использовать солнечную энергию для синтеза органических веществ из неорганических соединений углерода. Так появились автотрофы – организмы, способные к фотосинтезу.

Фотосинтез – процесс преобразования солнечной энергии в энергию химических связей органических веществ.

Источником углерода, входящего в состав органических молекул, служит углекислый газ. В качестве источника водорода зеленые растения используют воду, при разложении которой в атмосферу выделяется кислород.

Сначала фотосинтез шел без образования молекулярного кислорода. В ходе дальнейшей эволюции организмы стали выделять кислород. Это произошло около 4 млрд. лет назад.

Обогащение атмосферы свободным кислородом привело со временем к образованию озона, поглощающего коротковолновое ультрафиолетовое излучение, опасное для живых организмов. Кроме того, возник аэробный способ метаболизма – дыхание, при котором расщепление органических веществ происходит с участием кислорода. Он характерен для большинства современных растений, животных и микроорганизмов. Энергетический выход таких реакций в несколько раз больше, чем в реакциях брожения (например, расщепление глюкозы при брожении дает энергию 50 кал/моль, а при дыхании – 686 кал/моль).

В дальнейшем происходило усложнение клеточного строения и около 2 млрд. лет назад появились первые эукариотические клетки.

Эукариотические клетки – сложные клетки, имеющие ядро и большое число внутриклеточных структур (митохондрии, хлоропласты и пр.).

Эукариотические клетки характерны для организмов – эукариотов, к которым относится большинство современных форм жизни.

Был предложен механизм возникновения эукариотов на основе симбиоза гетеротрофной анаэробной клетки и клетки, способной к дыханию. Затем, к поверхности клетки присоединилась жгутикоподобная бактерия, что привело к увеличению подвижности организма, предка современных жгутиковых простейших. Это были первые животные клетки.

Следующим эволюционным шагом в развитии организмов стало появление многоклеточных форм жизни примерно 1,3 млрд. лет назад. По мнению известного русского биолога И. И. Мечникова (1845 – 1916), первые многоклеточные произошли от колониальных простейших – жгутиковых. В некоторых таких колониях реализуется примитивное функциональное разделение клеток (клетки, поглощающие добычу и клетки, отвечающие за размножение), но при этом каждая клетка является отдельной особью. В процессе своего развития отдельные виды колоний одноклеточных простейших превратились в примитивные, но целостные организмы.

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.

Энциклопедичный YouTube

1 / 2

5 Фактов о Земле, Которые Наука не Может Выяснить

Jack Szostak (Harvard/HHMI) Part 1: The Origin of Cellular Life on Earth

Субтитры

Здравствуйте друзья. Планета Земля была и остается нашим домом за всю историю существования человечества. До сих пор существуют фундаментальные вещи, которые мы не можем понять об нашей планете. Сейчас вы увидите 5 фактов о земле, которые наука не может объяснить. 5. Как работает планета? Учение тектонических плит является принятой теорией, при которой земная кора и верхняя мантия скользит по основной части мантии. Эта оболочка формирует защитный слой, который оберегает все живое от раскаленной магмы, толщиной около 3000 км ниже земной коры. Однако все, что касается более низких слоев, до сих пор находится в стадии дискуссии. Сейсмические исследования полагают, что внешнее ядро земли является жидким, а внутреннее - твердым. Однако до сих пор неизвестен химический состав мантии нашей планеты. Также, до конца не понятен принцип, из-за которого движутся тектонические плиты и почему у Земли присутствует магнитное поле. Да, есть достаточно достоверные идеи, которые дают ответы на эти вопросы. Однако они базируются только на данных, полученных со спутников, а также на результатах математического моделирования. Помимо этого, на данный момент невозможно, в буквальном смысле, докопаться на нужную глубину, чтобы взять образцы и увидеть все глазами. Самой глубокой в мире скважиной является Кольская сверхглубокая скважина, работы над которой велись в 70-80х годах в Советском Союзе. Ее глубина составила 12262 метра, чего явно недостаточно для достижения мантии. Любопытен тот факт, что многое из того, что человек уже знает об сейсмической активности, стало возможным благодаря разработке ядерного оружия. Во время холодной войны происходило серьезное финансирование сейсмологических исследований для обнаружения взрывов атомных бомб. Поэтому, как бы странно это не звучало, не будь холодной войны, человечество возможно до сих пор бы и не знало, что обитает на тонкой коре, ниже которой есть раскаленная мантия, а также внешнее и внутреннее ядро планеты. 4. Осадочные породы Благодаря анализу осадочных слоев и вулканической породы можно отследить изменения в магнитном поле Земли за ее длительную историю существования. Во время таких исследований был обнаружен ряд странных аномалий, одна из которых начинает происходить прямо сейчас. Несколько раз магнитное поле меняло свое направление, а потом возвращалось назад. По мнению некоторых ученых, во время инверсии полюсов Земли, магнитное поле ослабевало настолько, что космическое и солнечное излучение усиливалось и могло наносить серьезный вред живым организмам. Также, в этом году Европейским космическим агентством были обнародованы любопытные данные исследований. В них показано, что магнитные полюсы нашей планеты ослабевают гораздо быстрее, чем предполагалось ранее. Это может привести к смене магнитных полей в недалеком будущем. Последний раз это происходило во время каменного века и мы достоверно не знаем, было ли это вызвано событиями, происходящими в ядре Земли или же движением тектонических плит. 3. Где и как зародилась жизнь? Самая распространенная и принятая теория заключается в том, что около 250 тысяч лет назад анатомически современные люди произошли из Африки, а затем распространились по всему миру. А что же было до этого? Где произошел первый расцвет более ранних форм жизни на нашей планете? Теория так называемого "первичного бульона", которую в начале 20 века выдвинул советский биолог Александр Опарин, говорит, что в ходе постепенной химической эволюции, молекулы, содержащие углерод, начали превращаться в "первичный бульон". Образованию органических молекул в этом "бульоне" помогали электрические разряды и высокая температура. В 1953 году был проведен эксперимент Миллера-Юри, который показал, что электрические разряды могут производить аминокислоты и сахар из атмосферы, подобной ранней атмосферы нашей планеты. В альтернативных вариантах, жизнь могла зародиться в глине, в океанском льде, на дне океанов вокруг гидротермальных источников. Также существует теория, что жизнь на земле могла быть принесена метеоритом или астероидом из другой планеты. Несмотря на многочисленные гипотезы, окончательно до сих пор так никто и не может сказать, как и где зародилась наша жизнь. 2. Когда наступит всемирная катастрофа? За последний век человечество серьезно продвинулось в прогнозировании активности землетрясений и вулканических извержений. Однако, еще существует много вещей, которые мы не знаем об этих разрушительных природных катастрофах. Возможно, если более четко понимать поведение мантии вокруг ядра Земли, можно иметь бОльшее представление об возникновении землетрясений. Понятно, что сам принцип образования землетрясений в целом известен. Однако, отсутствует четкое понимание фундаментальных процессов, предшествующих землетрясению. Также, достоверно неизвестно, что приводит накоплению магмы в определенных местах, после чего начинают происходить извержения вулканов. Зная все эти вещи, человечество могло бы достаточно точно прогнозировать время и место возникновения таких природных катаклизмов, благодаря чему удалось бы избегать таких устрашающих разрушений и жертв. 1. Насколько сильно может разогреться Земля? Мы стоим на пороге серьезных климатических изменений, и это подтверждают более 90% ученых по исследованию климата. Практически все они согласны с тем, что причиной ускорения изменений климата является человеческая деятельность. Часто те, кто опровергают глобальные изменения климата, являются сторонниками большого бизнеса и транснациональных корпораций. Да, по последним докладам НАСА, вокруг Антарктиды начал понемногу накапливаться морской лед. Однако, на самой поверхности суши Антарктиды из-за глобального потепления, лед продолжает таять и уменьшаться. Этот факт противники глобального потепления молчаливо игнорируют. Мы знаем, что интенсификация аграрной промышленности, вырубка лесов и сжигание органического топлива, являются тремя основными причинами потепления нашей атмосферы. Однако, насколько сильно она может разогреться в будущем, человечество не может предсказать. Различные математические модели предполагают увеличение температуры от 1,5 до 10 градусов по Цельсию в течении последующих 100 лет. Это всего лишь предположение, реальных значений узнать практически невозможно. Спасибо за просмотр, друзья. Подписывайтесь на канал Вуз и до скорых встреч в новых видео.

Описание эксперимента

Собранный аппарат представлял собой две колбы , соединённые стеклянными трубками в цикл. Заполнявший систему газ представлял собой смесь из метана (CH 4), аммиака (NH 3), водорода (H 2) 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.

После одной недели непрерывного цикла Миллер и Юри обнаружили, что 10-15 % углерода перешло в органическую форму. Около 2 % углерода оказались в виде аминокислот, причём глицин оказался наиболее распространённой из них. Были также обнаружены сахара , липиды и предшественники нуклеиновых кислот . Эксперимент повторялся несколько раз в 1953-1954 годах. Миллер использовал два варианта аппарата, один из которых, т. н. «вулканический», имел определённое сужение в трубке, что приводило к ускоренному потоку водных паров через разрядную колбу, что, по его мнению, лучше имитировало вулканическую активность. Интересно, что повторный анализ проб Миллера, проведённый через 50 лет профессором и его бывшим сотрудником Джеффри Бейдом (англ. Jeffrey L. Bada ) с использованием современных методов исследования, обнаружил в пробах из «вулканического» аппарата 22 аминокислоты, то есть гораздо больше, чем считалось ранее.

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 (CO 2), азот, сероводород (H 2 S), двуокись серы (SO 2).

Химия эксперимента

После первых реакций в смеси могли получиться синильная кислота (HCN), формальдегид (CH 2 O), и другие активные соединения (ацетилен , цианоацетилен, и т.п.):

CO 2 → CO + [O] (атомарный кислород) CH 4 + 2[O] → CH 2 O + H 2 O CO + NH 3 → HCN + H 2 O CH 4 + NH 3 → HCN + 3H 2 (en:BMA process)

Формальдегид, аммиак и синильная кислота реагируют по процессу Штрекера в аминокислоты и прочие биомолекулы:

CH 2 O + HCN + NH 3 → NH 2 -CH 2 -CN + H 2 O NH 2 -CH 2 -CN + 2H 2 O → NH 3 + NH 2 -CH 2 -COOH (глицин)

Далее, вода и формальдегид могут реагировать, по реакции Бутлерова , давая на выходе сахара , например рибозу .

Эксперимент показал, что аминокислоты, составляющие белок, могут быть получены из простых химических веществ, с подводом дополнительной энергии.

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.

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.

Описание эксперимента

Собранный аппарат представлял собой две колбы, соединённые стеклянными трубками в цикл. Заполнявший систему газ представлял собой смесь из метана (CH 4), аммиака (NH 3), водорода (H 2) 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.

После одной недели непрерывного цикла Миллер и Юри обнаружили, что 10-15 % углерода перешло в органическую форму. Около 2 % углерода оказались в виде аминокислот, причём глицин оказался наиболее распространённой из них. Были также обнаружены сахара , липиды и предшественники нуклеиновых кислот . Эксперимент повторялся несколько раз в 1953-1954 годах. Миллер использовал два варианта аппарата, один из которых, т. н. «вулканический», имел определённое сужение в трубке, что приводило к ускоренному потоку водных паров через разрядную колбу, что, по его мнению, лучше имитировало вулканическую активность. Интересно, что повторный анализ проб Миллера, проведённый через 50 лет профессором и его бывшим сотрудником Джеффри Бейдом (англ. Jeffrey L. Bada ) с использованием современных методов исследования, обнаружил в пробах из «вулканического» аппарата 22 аминокислоты, то есть гораздо больше, чем считалось ранее.

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.

См. также

Примечания

Литература

• MILLER SL (May 1953). «A production of amino acids under possible primitive earth conditions ». Science (New York, N.Y.) 117 (3046): 528–9. PMID 13056598 .
• MILLER SL, UREY HC (July 1959). «Organic compound synthesis on the primitive earth ». Science (New York, N.Y.) 130 (3370): 245–51. PMID 13668555 .
• Lazcano A, Bada JL (June 2003). «The 1953 Stanley L. Miller experiment: fifty years of prebiotic organic chemistry ». Origins of life and evolution of the biosphere: the journal of the International Society for the Study of the Origin of Life 33 (3): 235–42. PMID 14515862 .
• Johnson AP, Cleaves HJ, Dworkin JP, Glavin DP, Lazcano A, Bada JL (October 2008). «The Miller volcanic spark discharge experiment». Science (New York, N.Y.) 322 (5900): 404. DOI :10.1126/science.1161527 . PMID 18927386 .

Ссылки

• Получены новые результаты старого эксперимента Стэнли Миллера
• A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions by Stanley L. Miller
• A simulation of the Miller–Urey Experiment along with a video Interview with Stanley Miller by Scott Ellis from CalSpace (UCSD)
• Origin-Of-Life Chemistry Revisited: Reanalysis of famous spark-discharge experiments reveals a richer collection of amino acids were formed
• Сотворение мира: молекулы жизни из молекул смерти - Статья проф. Л. А. Громова

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Эксперимент Миллера - Юри" в других словарях:

Схема эксперимента. Эксперимент Миллера Юри известный классический эксперимент, в котором симулировались гипотетические условия раннего периода … Википедия

Схема эксперимента. 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 … Википедия