Эксперимент миллера
Содержание:
Другие эксперименты
Первый эксперимент Миллера и Ури послужил вдохновением для многих других. В 1961 году Хоан Ого обнаружил, что с цианида водорода может образовываться одна из нуклеиновых оснований — аденин. В своем эксперименте он получил большое количество аденина, молекулы которого образовывались из 5-ти молекул HCN. При соответствующих условиях с HCN и аммиака образуется много аминокислот. Дальнейшие эксперименты показали, что в условиях восстановительной атмосферы можно получить и другие нуклеиновые основания.
Одновременно с экспериментом Миллера-Юри проводились также другие связанные с проблемой происхождения жизни эксперименты с электрическими разрядами. Статья в «Нью-Йорк Таймс» от 8 марта 1953 описывала работу Воллмен М. Макневина из Университета штата Огайо. Макневин пропускал искры в 100000 В через смесь метана и водяного пара и получил смолоподобные конденсат, который оказался слишком сложным для анализа. В статье говорилось также о других эксперименты Макневина, связанные с древней Землей. Неизвестно они были опубликованы в научной литературе.
15 декабря 1952 К. А. Уайлд подал статью в журнал «Science», тогда, когда Миллер представил свою 14 февраля 1953-го. Работа Уайльда была опубликована 10 июля 1953. Уайлд использовал напряжения до 600 В, действуя на смесь углекислого газа и воды. Он получил только незначительное восстановление углекислого газа в угарного. Другие исследователи изучали фотолиз водяного пара и монооксида углерода под воздействием ультрафиолета. Было установлено, что в результате образуются спирты, альдегиды и органические кислоты.
Современные эксперименты химика Джефри Бада в Институте океанографии Скриппса были аналогичными поставленных Ури и Миллером. Однако, Бада отметил, что в современных моделях древней атмосферы Земли вугекислий газ и азот образуют нитриды, которые уничтожают аминокислоты как только те образуются. Однако, на древней Земле могла буди достаточно железа и карбонатов в составе минералов, способных нейтрализовать эффект нитридов. Когда Бада провел эксперимент типа Миллерово, добавив в систему железа и карбонатов, продукты реакции были богаты на аминокислоты. Это наводит на мысль, что аминокислоты могли образовываться в атмосфере древней Земли даже в условиях, когда она содержала вугликислий газ и азот.
важность
Эксперимент экспериментально доказал появление органических молекул и предлагает довольно привлекательный сценарий для объяснения возможного происхождения жизни..
Однако возникает внутренняя дилемма, поскольку молекула ДНК необходима для синтеза белков и РНК. Напомним, что центральная догма биологии предполагает, что ДНК транскрибируется в РНК, и это транскрибируется в белки (исключения известны из этой предпосылки, такие как ретровирусы).
Итак, как эти биомолекулы образуются из их мономеров (аминокислот и нуклеотидов) без присутствия ДНК?
К счастью, обнаружение рибозимов позволило прояснить этот очевидный парадокс. Эти молекулы являются каталитической РНК. Это решает проблему, поскольку одна и та же молекула может катализировать и нести генетическую информацию. Вот почему существует гипотеза о примитивном мире РНК..
Эта же РНК может реплицировать себя и участвовать в образовании белков. ДНК может прийти во вторую очередь и быть выбрана в качестве молекулы наследования на РНК.
Это может произойти по нескольким причинам, главным образом потому, что ДНК менее реактивна и более стабильна, чем РНК..
Опыт и его интерпретация
Исходными веществами для эксперимента были вода, метан, аммиак и водород. Эти химические вещества поместили в герметично запаянную стерильную систему стеклянных колб и трубок, соединенных таким образом, что они образовывали петлю. В одну из колб залили воду, а в другой поместили пару электродов. Колбу с водой подогревали, чтобы жидкость испарялась, между электродами периодически пропускалась искра, которая должна была отвечать молниям. Затем атмосфера снова охлаждалась таки образом, что вода конденсировалась и просачивалась назад в первую колбу, проходя таким образом замкнутый цикл.
После недели непрерывного действия установки Миллер и Ури обнаружили, что 10-15% всего углерода входили в состав органических веществ. Два процента карбона образовали аминокислоты, которые обычно входят в состав белков. Особенно много было глицина. Образовались также сахар, липиды и некоторые составные части нуклеиновых кислот.
Как показали последующие эксперименты в установке образовалась рацемическая смесь лево- и правообертаючих оптически активных изомеров.
результаты
Первые дни смесь эксперимента была абсолютно чистой. В течение дня смесь начала приобретать красноватый цвет. В конце эксперимента эта жидкость приобрела интенсивный красный цвет, почти коричневый, и ее вязкость заметно возросла.
Эксперимент достиг своей основной цели, и сложные органические молекулы были получены из гипотетических компонентов первичной атмосферы (метан, аммиак, водород и водяной пар).
Исследователям удалось идентифицировать следы аминокислот, таких как глицин, аланин, аспарагиновая кислота и амино-н-масляная кислота, которые являются основными компонентами белков..
Успех этого эксперимента помог другим исследователям продолжить изучение происхождения органических молекул. Добавив модификации к протоколу Миллера и Юри, нам удалось воссоздать двадцать известных аминокислот.
Также было возможно генерировать нуклеотиды, которые являются основными строительными блоками генетического материала: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота).
Из чего он состоит??
К 1952 году Стэнли Миллер и Гарольд Юри разработали экспериментальный протокол для имитации примитивной среды в гениальной системе стеклянных трубок и электродов, созданных ими самими..
Система состояла из колбы с водой, аналогичной первобытному океану. С этой колбой был связан другой компонент с предполагаемой пребиотической средой.
Миллер и Юри использовали следующие пропорции, чтобы воссоздать его: 200 мм рт.ст. метана (СН4), 100 мм рт. Ст. Водорода (Н2), 200 мм рт.ст. аммиака (NH3) и 200 мл воды (ч2O).
Система также имела конденсатор, задачей которого было охлаждать газы, как обычно делал дождь. Кроме того, они объединили два электрода, способных генерировать высокое напряжение, с целью создания высокореактивных молекул, способствующих образованию сложных молекул..
Эти искры стремились симулировать возможные лучи и молнии пребиотической среды. Устройство заканчивалось U-образной частью, которая препятствовала распространению пара в противоположном направлении..
Эксперимент получил удар током в течение недели, в то время как вода нагревалась. Процесс нагрева моделируется солнечной энергией.
Описание эксперимента
Собранный аппарат представлял собой две колбы, соединённые стеклянными трубками в цикл. Заполнявший систему газ представлял собой смесь из метана (CH4), аммиака (NH3), водорода (H2) 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 (CO2), азот, сероводород (H2S), двуокись серы (SO2).
До Миллера и Юри: историческая перспектива
Объяснение происхождения жизни всегда было предметом споров и споров. Во времена Ренессанса считалось, что жизнь возникла внезапно и из ничего. Эта гипотеза известна как спонтанное поколение.
Впоследствии критическое мышление ученых начало прорастать, и гипотеза была отвергнута. Однако вопрос, поставленный в начале, оставался размытым.
В 1920-х годах ученые того времени использовали термин «первичный суп» для описания гипотетической океанической среды, в которой, вероятно, возникла жизнь..
Проблема заключалась в том, чтобы предложить логическое происхождение биомолекул, которые делают возможной жизнь (углеводы, белки, липиды и нуклеиновые кислоты) из неорганических молекул.
Уже в 50-х годах, до экспериментов Миллера и Юри, группе ученых удалось синтезировать муравьиную кислоту из углекислого газа. Это грозное открытие было опубликовано в престижном журнале наука.
История критического мышления
Термин появился не так давно, хотя направление развивается с античных времен. Из того, что нам известно, сочетание «критическое мышление» впервые употребил американский философ и педагог Джон Дьюи — один из столпов современной американской философии — в своей книге «Как мы думаем», которую впервые опубликовали еще в начале XX века.
За своего рода конструктивную критику выступал тот же Фома Аквинский, он же обращал внимание на то, что необходимо изучать не только аргументы «за», но и «против». То есть надо всегда попытаться проверить, а нет ли чего-то, что противоречит нашему утверждению. Рене Декарт, автор известного утверждения «Я мыслю; следовательно, существую», также в своих работах и рассуждениях настаивал на том, что необходимо подвергать результаты экспериментов сомнению и проверке
Но, наверное, среди всех философов, математиков и мыслителей наиболее близок к нам Бертран Рассел, нобелевский лауреат по литературе за книгу «История западной философии». В ходе своих диспутов, в том числе с представителями религиозных институтов, которые предлагали ему доказать, что Бога не существует, Рассел придумал умозрительный эксперимент, который называется «Летающий чайник». Допустим, я говорю вам, что по орбите нашей планеты вращается фарфоровый чайник, но его невозможно увидеть ни в один телескоп, такой он маленький, — следовательно, мое утверждение, в принципе, может быть правдивым, поскольку его сложно опровергнуть.
Атака на логику и здравый смысл является одним из способов манипулирования мнением общества, так что критическое мышление очень важно, однако не только поэтому, но еще и потому, что информации вокруг нас слишком много: по данным компании IDC, к 2025 году ее объем будет составлять 175 зеттабайт. Эту цифру просто невозможно представить! Скажем, если записать все эти данные на Blu-ray диски, то их стопками можно покрыть расстояние от Земли до Луны 23 раза
Также важную роль играет то, что информация легко доступна (у нас под рукой всегда смартфон), но полезной информации, то есть той, которая действительно может служить основой для решения каких-то задач, достаточно мало. Чем больше информации, тем меньше в ней процент полезной.
Еще один феномен — то, что сейчас наш мозг перестраивает цепи, которые раньше отвечали за поиск еды, на поиск информации. То есть, по заверениям и экспериментам нейрофизиологов, мозг человека начинает воспринимать информацию как пищу, и она очень легкодоступна.
Поэтому нам крайне трудно сосредотачиваться на чем-то одном и, если страница сайта открывается дольше, чем 5 секунд, мы его покидаем, потому что вокруг много другой «еды»
Зачем ждать, пока созреет эта? Развитым критическим мышлением особенно важно владеть в нашу эпоху фейк-ньюс, поскольку сейчас надо проверять вообще все и ограничить свой круг информации только проверенными источниками
Если мы посетим различные конференции, где аналитики предлагают свои версии важнейших навыков настоящего и будущего, почитаем книги и посмотрим какие-то авторитетные сайты, мы везде будем встречать критическое мышление. Один из примеров — Мировой экономический форум, где критическое мышление уже несколько лет входит в топ-10 навыков.
Еще один аргумент в пользу критического мышления — тот, что мышление само по себе в принципе подразумевает критический подход. В Европе (и в Америке, хотя чуть меньше) критическое мышление является базовой дисциплиной, которую проходят в средней и высшей школе в рамках предмета, названного «медиаграмотность». В наших вузах этого пока что, к сожалению, нет.
выводы
Основной вывод этого экспериментального плана может быть обобщен 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 найдены 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 первобытная среда соответствовала описанным выводам..
Весьма вероятно, что в мире до появления жизни компоненты были более многочисленными и сложными, чем те, которые использовал Миллер..
Хотя кажется невероятным предложить происхождение жизни, основанное на таких простых молекулах, Миллер мог доказать это с помощью тонкого и изобретательного эксперимента..
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.
Много позже, в 2001 году, Алан Сагательян (Alan Saghatelian et al.) показал, что самореплицирующиеся пептидные системы в состоянии эффективно усиливать молекулы определённого вращения в рацемической смеси, показав таким образом, что преобладание одного из стереоизомеров могло возникнуть естественным образом. Кроме того, показано, что существует возможность спонтанного возникновения хиральности в обычных химических реакциях, известны также пути синтеза ряда стереоизомеров, в том числе, углеводородов и аминокислот, в присутствии оптически активных катализаторов. Впрочем, непосредственно в данном эксперименте ничего подобного в явном виде не произошло.
Проблему хиральности пытаются решить иными способами, в частности, через теорию занесения органики метеоритами.
Биохимик Роберт Шапиро указал, что аминокислоты, синтезированные Миллером и Юри, значительно менее сложные молекулы, чем нуклеотиды. Самая простая из тех 20 аминокислот, что входят в состав природных белков, имеет всего два углеродных атома, а 17 аминокислот из того же набора — шесть и более. Аминокислоты и другие молекулы, синтезированные Миллером и Юри, содержали не более трех атомов углерода. А нуклеотиды в процессе подобных экспериментов вообще никогда не образовывались.
