Experimentul Miller–Urey

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Sari la navigare Sari la căutare
Experimentul

Experimentul Miller–Urey[1] (sau Experimentul Miller)[2] a fost un experiment chimic care a simulat condițiile considerate la acea vreme (1952) prezente pe Pământul timpuriu și a testat originea chimică a vieții în acele condiții. Experimentul de la acea vreme a susținut ipoteza lui Alexander Oparin și J. B. S. Haldane conform căreia condițiile putative pe Pământul primitiv au favorizat reacțiile chimice care sintetizau compuși organici mai complecși din precursori anorganici mai simpli. Considerat a fi experimentul clasic care cercetează abiogeneza, a fost efectuat în 1952 de Stanley Miller, supervizat de Harold Urey la Universitatea din Chicago și publicat în anul următor.[3][4][5]

După decesul lui Miller în 2007, oamenii de știință care au examinat flacoane sigilate conservate din experimentele inițiale au putut arăta că există de fapt peste 20 de aminoacizi diferiți produși în experimentele originale ale lui Miller. Acest lucru este considerabil mai mult decât ceea ce Miller a raportat inițial și mai mult decât cele 20 care apar în mod natural în codul genetic.[6] Dovezi mai recente sugerează că atmosfera originală a Pământului ar fi putut avea o compoziție diferită de gazul utilizat în experimentul Miller, dar experimentele prebiotice continuă să producă amestecuri racemice de compuși simpli până la complecși în condiții diferite.[7]

Experiment[modificare | modificare sursă]

Videoclip descriptiv al experimentului

Experimentul a folosit apă (H2O), metan (CH4), amoniac (NH3) și hidrogen (H2). Substanțele chimice au fost sigilate într-un balon de sticlă steril de 5 litri conectat la un balon de 500 ml pe jumătate plin cu apă. Apa din balonul mai mic a fost încălzită pentru a induce evaporarea, iar vaporii de apă au fost lăsați să intre în balonul mai mare. Au fost declanșate scântei electrice continue între electrozi pentru a simula fulgerele prin atmosfera Pământului, apoi atmosfera simulată a fost răcită din nou, astfel încât apa să se condenseze și să se scurgă într-un tub de acumulare în formă de U în partea de jos a aparatului.

După o zi, soluția colectată în tubul de acumulare devenise roz, iar după o săptămână de funcționare continuă, soluția era de un roșu intens și tulbure.[3] Balonul de fierbere a fost apoi îndepărtat și s-a adăugat clorură de mercur pentru a preveni contaminarea microbiană. Reacția a fost oprită prin adăugarea de hidroxid de bariu și acid sulfuric și evaporată pentru a îndepărta impuritățile. Folosind cromatografie pe hârtie, Miller a identificat cinci aminoacizi prezenți în soluție: glicină, α-alanină și β-alanina au fost identificate pozitiv, în timp ce acidul aspartic și acidul α-aminobutiric erau mai puțin sigure, din cauza petelor slabe.[3]

Într-un interviu din 1996, Stanley Miller amintind de experimentele sale pe tot parcursul vieții în urma lucrării sale inițiale și a declarat: „Doar aprinderea scânteii într-un experiment de bază pre-biotic va produce 11 din 20 de aminoacizi”.[8]

Experimentul original a rămas în 2017 sub grija fostului student al lui Miller și Urey, Jeffrey Bada, profesor la Universitatea California, San Diego.[9]

Chimia experimentului[modificare | modificare sursă]

În prima etapă a reacției, se formează cianură de hidrogen (HCN) și formaldehidă, precum și alți intermediari activi (acetilenă, cianoacetilenă etc.):

CO2 → CO + [O] (oxigen atomic)
CH4 + 2[O] → CH2O + H2O
CO + NH3 → HCN + H2O
CH4 + NH3 → HCN + 3H2

Formaldehida, amoniacul și HCN reacționează apoi prin sinteza Strecker pentru a forma aminoacizi și alte biomolecule:

CH2O + HCN + NH3 → NH2-CH2-CN + H2O
NH2-CH2-CN + 2H2O → NH3 + NH2-CH2-COOH (glicină)

Mai mult, apa și formaldehida pot reacționa, prin reacția lui Butlerov, pentru a produce diferite zaharuri, cum ar fi riboza.

Experimentele au arătat că compușii organici simpli din blocuri de proteine și alte macromolecule se pot forma din gaze cu adaos de energie.

Aminoacizi identificați[modificare | modificare sursă]

Mai jos este un tabel cu aminoacizii produși și identificați în experimentul „clasic” din 1952, așa cum a fost publicat de Miller în 1953,[3] reanaliza din 2008 a fiolelor din experimentul de descărcare cu scânteie vulcanică,[10] și reanaliza din 2010 a fiolelor din experimentul de descărcare cu scânteie bogat în H2S.[11]

Aminoacid Produs în experiment Proteinogen
Miller–Urey
(1952)
Descărcare de scânteie vulcanică
(2008)
Descărcare de scânteie bogatî în H2S
(2010)
Glicină Yes Yes Yes Da
α-Alanină Yes Yes Yes Da
β-Alanină Yes Yes Yes Nu
Acid aspartic Yes Yes Yes Da
Acid α-aminobutiric Yes Yes Yes Nu
Serină No Yes Yes Da
Isoserină No Yes Yes Nu
Acid α-aminoisobutiric No Yes Yes Nu
Acid β-aminoisobutiric No Yes Yes Nu
Acid β-aminobutiric No Yes Yes Nu
Acid γ-aminobutiric No Yes Yes Nu
Valină No Yes Yes Da
Isovalină No Yes Yes Nu
Acid glutamic No Yes Yes Da
Norvalină No Yes No Nu
Acid α-aminoadipic No Yes No Nu
Homoserină No Yes No Nu
2-Methylserine No Yes No Nu
Acid β-hidroxiaspartic No Yes No Nu
Ornitină No Yes No Nu
Acid 2-methilglutamic No Yes No Nu
Fenilalanină No Yes No Da
Acid homocisteic No No Yes Nu
S-Methylcysteine No No Yes Nu
Metionină No No Yes Da
Sulfoxid de metionină No No Yes Nu
Methionine sulfone No No Yes Nu
Izoleucină No No Yes Da
Leucină No No Yes Da
Etionină No No Yes Nu
Cisteină No No No Da
Histidină No No No Da
Lizină No No No Da
Asparagină No No No Da
Pirolizină No No No Da
Prolină No No Yes Da
Glutamină No No No Da
Arginină No No No Da
Treonină No No Yes Da
Selenocisteină No No No Da
Triptofan No No No Da
Tirozină No No No Da

Note[modificare | modificare sursă]

  1. ^ Hill HG, Nuth JA (). „The catalytic potential of cosmic dust: implications for prebiotic chemistry in the solar nebula and other protoplanetary systems”. Astrobiology. 3 (2): 291–304. Bibcode:2003AsBio...3..291H. doi:10.1089/153110703769016389. PMID 14577878. 
  2. ^ Balm SP; Hare J.P.; Kroto HW (). „The analysis of comet mass spectrometric data”. Space Science Reviews. 56 (1–2): 185–9. Bibcode:1991SSRv...56..185B. doi:10.1007/BF00178408. 
  3. ^ a b c d Miller, Stanley L. (). „Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions” (PDF). Science. 117 (3046): 528–9. Bibcode:1953Sci...117..528M. doi:10.1126/science.117.3046.528. PMID 13056598. Arhivat din original (PDF) la . Accesat în . 
  4. ^ Miller, Stanley L.; Harold C. Urey (). „Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth”. Science. 130 (3370): 245–51. Bibcode:1959Sci...130..245M. doi:10.1126/science.130.3370.245. PMID 13668555.  Miller states that he made "A more complete analysis of the products" in the 1953 experiment, listing additional results.
  5. ^ A. Lazcano; J. L. Bada (). „The 1953 Stanley L. Miller Experiment: Fifty Years of Prebiotic Organic Chemistry”. Origins of Life and Evolution of Biospheres. 33 (3): 235–242. Bibcode:2003OLEB...33..235L. doi:10.1023/A:1024807125069. PMID 14515862. 
  6. ^ „The Spark of Life”. BBC Four. . Arhivat din original la . TV Documentary. 
  7. ^ Bada, Jeffrey L. (). „New insights into prebiotic chemistry from Stanley Miller's spark discharge experiments”. Chemical Society Reviews. 42 (5): 2186–96. doi:10.1039/c3cs35433d. PMID 23340907. 
  8. ^ „Exobiology: An Interview with Stanley L. Miller”. Accessexcellence.org. Arhivat din original la . Accesat în . 
  9. ^ Dreifus, Claudia (). „A Conversation With Jeffrey L. Bada: A Marine Chemist Studies How Life Began”. nytimes.com. Arhivat din original la . 
  10. ^ Myers, P. Z. (). „Old scientists never clean out their refrigerators”. Pharyngula. Arhivat din original la . Accesat în . 
  11. ^ Parker, ET; Cleaves, HJ; Dworkin, JP; et al. (). „Primordial synthesis of amines and amino acids in a 1958 Miller H2S-rich spark discharge experiment”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108 (14): 5526–31. Bibcode:2011PNAS..108.5526P. doi:10.1073/pnas.1019191108. PMC 3078417Accesibil gratuit. PMID 21422282. 

Legături externe[modificare | modificare sursă]