ЕКСПЕРИМЕНТ С МИЛЪР И УРЕЙ: ОПИСАНИЕ И ЗНАЧЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

В експеримента Милър и Юри състои от производството на органични молекули, използвайки прости неорганични молекули като изходен материал при определени условия. Целта на експеримента беше да пресъздаде древните условия на планетата Земя.

Намерението на споменатия отдих беше да се провери възможният произход на биомолекулите. Всъщност симулацията постига производството на молекули - като аминокиселини и нуклеинови киселини - от съществено значение за живите организми.

Преди Милър и Урей: Историческа перспектива

Обяснението на произхода на живота винаги е било интензивно дискутирана и противоречива тема. През Възраждането се смяташе, че животът възниква внезапно и от нищото. Тази хипотеза е известна като спонтанно поколение.

По-късно критичното мислене на учените започна да покълва и хипотезата беше отхвърлена. Въпросът, поставен в началото, обаче остава неясен.

През 20-те години на миналия век учените от времето използват термина „първична супа“, за да опишат хипотетична океанска среда, от която вероятно е възникнал животът.

Проблемът беше в предлагането на логичен произход на биомолекулите, които правят живота възможен (въглехидрати, протеини, липиди и нуклеинови киселини) от неорганични молекули.

Още през 50-те години на миналия век, преди експериментите на Милър и Урей, ​​група учени успяват да синтезират мравчена киселина от въглероден диоксид. Това страхотно откритие е публикувано в престижното списание Science.

От какво се състоеше?

До 1952 г. Стенли Милър и Харолд Урей създават експериментален протокол, за да симулират примитивна среда в гениална система от стъклени тръби и електроди със собствена конструкция.

Системата се състоеше от колба с вода, аналогична на примитивния океан. Свързана с тази колба беше друга с компонентите на предполагаемата пребиотична среда.

Милър и Юри използва следните съотношения да пресъздаде: 200 мм живачен стълб на метан (CH ₄), 100 мм живачен стълб на водород (Н ₂), 200 мм живачен стълб на амоняк (NH ₃), и 200 мл вода (H ₂ O).

Системата имаше и кондензатор, чиято работа беше да охлажда газовете, както обикновено дъждът. По същия начин те интегрираха два електрода, способни да произвеждат високо напрежение, с цел да създадат силно реактивни молекули, които да насърчават образуването на сложни молекули.

Тези искри искаха да симулират възможни мълнии и мълнии от пребиотичната среда. Апаратът завършваше с „U“ част, която не позволяваше парата да се движи в обратна посока.

Експериментът получи електрически шокове за една седмица, в същото време водата се нагрява. Процесът на отопление симулира слънчевата енергия.

Резултати

Първите дни експерименталната смес беше напълно чиста. С течение на дните сместа започна да придобива червеникав цвят. В края на експеримента тази течност придоби интензивен червен почти кафяв цвят и вискозитетът й се увеличи значително.

Експериментът постигна основната си цел и от хипотетичните компоненти на ранната атмосфера (метан, амоняк, водород и водна пара) се генерират сложни органични молекули.

Изследователите успяха да идентифицират следи от аминокиселини, като глицин, аланин, аспарагинова киселина и амино-н-маслена киселина, които са основните компоненти на протеините.

Успехът на този експеримент допринесе за това, че други изследователи продължават да изследват произхода на органичните молекули. Чрез добавяне на модификации към протокола Милър и Урей двадесетте известни аминокиселини бяха пресъздадени.

Могат да се генерират и нуклеотиди, които са основните градивни елементи на генетичния материал: ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) и РНК (рибонуклеинова киселина).

важност

Експериментът успя да експериментира експериментално появата на органични молекули и предлага доста атрактивен сценарий, който да обясни възможния произход на живота.

Създава се обаче присъща дилема, тъй като молекулата на ДНК е необходима за синтеза на протеини и РНК. Нека си спомним, че централната догма на биологията предлага ДНК да се транскрибира в РНК и това да се преписва на протеини (известни са изключения от тази предпоставка, като ретровирусите).

И така, как тези биомолекули се формират от техните мономери (аминокиселини и нуклеотиди) без присъствието на ДНК?

За щастие откритието на рибозими успя да изясни този очевиден парадокс. Тези молекули са каталитични РНК. Това решава проблема, тъй като една и съща молекула може да катализира и носи генетична информация. Ето защо съществува примитивната хипотеза за света на РНК.

Същата РНК може да се репликира и да участва в образуването на протеини. ДНК може да дойде по вторичен начин и да бъде избрана като молекула на наследяване над РНК.

Този факт може да възникне по няколко причини, главно защото ДНК е по-малко реактивна и по-стабилна от РНК.

Заключения

Основното заключение на този експериментален дизайн може да бъде обобщено със следното твърдение: сложните органични молекули биха могли да произхождат от по-прости неорганични молекули, ако са изложени на условията на предполагаемата примитивна атмосфера, като високо напрежение, ултравиолетово лъчение и ниско съдържание на кислород.

Освен това бяха открити някои неорганични молекули, които са идеални кандидати за образуването на определени аминокиселини и нуклеотиди.

Експериментът ни позволява да наблюдаваме как биха могли да бъдат градивните елементи на живите организми, като приемем, че примитивната среда съответства на описаните заключения.

Много е вероятно светът преди появата на живота да е имал по-многобройни и сложни компоненти от тези, използвани от Милър.

Въпреки че изглежда неправдоподобно да се предложи произходът на живота, като се започне от толкова прости молекули, Милър успя да го провери с фин и гениален експеримент.

Критика на експеримента

Все още има дебати и спорове относно резултатите от този експеримент и за това как са възникнали първите клетки.

В момента се смята, че компонентите, които Милър използва за формиране на примитивната атмосфера, не съответстват на реалността. По-модерният изглед дава на вулканите важна роля и предлага газовете, които тези структури произвеждат минерали.

Ключов момент от експеримента на Милър също беше поставен под въпрос. Някои изследователи смятат, че атмосферата е имала малко влияние върху създаването на живи организми.

Препратки

1. Bada, JL, & Cleaves, HJ (2015). Ab initio симулации и експеримент за синтез на пребиотици на Miller. Трудове на Националната академия на науките, 112 (4), E342-E342.
2. Кембъл, НС (2001). Биология: Понятия и взаимоотношения. Pearson Education.
3. Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S.,… & Cronin, L. (2017). Милър - Ури Искър-Експерименти в света на Deuterium. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194.
4. Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… & Fernández, FM (2014). Провеждане на експерименти на Милър-Урей Списание за визуализирани експерименти: JoVE, (83).
5. Садава, D., & Purves, WH (2009). Живот: Науката за биологията. Panamerican Medical Ed.