Эксперимент Миллера-Юри

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 гипотезы, высказанной ранее Александром Опариным и Джоном Холдейном, 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.^[1]

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).

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^[2].

Много позже, в 2001 году, Алан Сагательян (Alan Saghatelian et al.)^[3] показал, что самореплицирующиеся пептидные системы в состоянии эффективно усиливать молекулы определённого вращения в рацематной смеси, таким образом преобладание одного из стереоизомеров могло возникнуть естественным образом. Кроме того, показано, что существует возможность спонтанного возникновения хиральности в обычных химических реакциях^[4], известны пути синтеза ряда стереоизомеров, в том числе, углеводородов и аминокислот, в присутствии катализаторов^[5][6]. 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.^[7]

См. также

• Химическая эволюция
• Абиогенез
• Реакция Бутлерова

Примечания

1. ↑ Миллер сделал больше жизни, Газета.ру (2008-10-18).
2. ↑ Маккомс, Чарльз. Эволюционисты надеются на твое незнание химии: проблема с хиральностью (18 сентября 2006). Проверено 29 октября 2008.
3. ↑ A. Saghatelian et al. , 2001, A chiroselective peptide replicator, Nature, 409, 797—801
4. ↑ Возможно ли спонтанное возникновение асимметрии в химической реакции?
5. ↑ Список нобелевских лауреатов по химии за 2001 год [1]
6. ↑ Нобелевская премия 2005 г. по химии [2]
7. ↑ Шишлова, А. Свет далёких звёзд и жизнь на Земле // Наука и жизнь. — 2000. — № 6. — С. 24—26.

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