POIZKUS Z MLINARJEM IN UREJEM: OPIS IN POMEN - BIOLOGIJA - 2026

Preizkus Miller in Urey je sestavljen iz proizvodnje organskih molekul z uporabo enostavnejših anorganskih molekul kot izhodnega materiala pod določenimi pogoji. Cilj poskusa je bil obnoviti starodavne razmere planeta Zemlje.

Rekreacijski namen je bil preveriti morebitni izvor biomolekul. Dejansko je simulacija dosegla proizvodnjo molekul - na primer aminokislin in nukleinskih kislin -, ki so nujne za žive organizme.

Pred Millerjem in Ureyem: Zgodovinska perspektiva

Razlaga izvora življenja je bila vedno intenzivno razpravljana in sporna tema. V času renesanse je veljalo, da življenje izvira nenadoma in od nikoder. Ta hipoteza je znana kot spontana generacija.

Kasneje je kritično razmišljanje znanstvenikov začelo preraščati in hipoteza je bila zavržena. Vendar vprašanje, postavljeno na začetku, ostaja nejasno.

V dvajsetih letih prejšnjega stoletja so takratni znanstveniki uporabljali izraz "praiskonska juha", da so opisali hipotetično oceansko okolje, iz katerega je verjetno izviralo življenje.

Težava je bila v predlaganju logičnega izvora biomolekul, ki omogočajo življenje (ogljikovi hidrati, beljakovine, lipidi in nukleinske kisline) iz anorganskih molekul.

Že v petdesetih letih je pred poskusi Millerja in Ureyja skupini znanstvenikov uspelo sintetizirati mravljično kislino iz ogljikovega dioksida. To grozljivo odkritje je bilo objavljeno v prestižni reviji Science.

Kaj je bilo sestavljeno?

Do leta 1952 sta Stanley Miller in Harold Urey zasnovala eksperimentalni protokol za simulacijo primitivnega okolja v domiselnem sistemu steklenih cevi in ​​elektrod lastne konstrukcije.

Sistem je sestavljal bučko vode, analogno primitivnemu oceanu. S to bučko je bila povezana še ena sestavina domnevnega prebiotičnega okolja.

Miller in Urey uporabili naslednje razmerja, da ga ponovno: 200 mmHg metana (CH ₄ ), 100 mmHg vodika (H ₂ ), 200 mmHg amonijaka (NH ₃ ) in 200 ml vode (H ₂ O).

Sistem je imel tudi kondenzator, katerega naloga je bila hlajenje plinov, kot bi jih običajno dež. Prav tako so integrirali dve elektrodi, ki sta sposobni proizvajati visoke napetosti, da bi ustvarili visoko reaktivne molekule, ki bi spodbudile nastanek zapletenih molekul.

Te iskre so skušale simulirati možne strele in strele iz prebiotičnega okolja. Naprava se je končala v obliki črke "U", ki je preprečeval, da bi para v povratni smeri potovala.

Poskus je bil teden dni deležen električnih sunkov, hkrati pa se je segrela tudi voda. Postopek ogrevanja je simuliral sončno energijo.

Rezultati

Prve dni je bila eksperimentalna mešanica popolnoma čista. Z dnevi je mešanica začela dobivati ​​rdečkasto barvo. Na koncu poskusa je ta tekočina dobila intenzivno rdečo, skoraj rjavo barvo, njegova viskoznost pa se je izjemno povečala.

Poskus je dosegel svoj glavni cilj in iz hipotetičnih komponent zgodnje atmosfere (metana, amoniaka, vodika in vodne pare) so nastale kompleksne organske molekule.

Raziskovalci so lahko identificirali sledi aminokislin, kot so glicin, alanin, asparaginska kislina in amino-n-maslačna kislina, ki so glavne sestavine beljakovin.

Uspeh tega eksperimenta je prispeval, da so drugi raziskovalci nadaljevali z raziskovanjem izvora organskih molekul. Z dodajanjem sprememb protokolu Miller in Urey smo poustvarili dvajset znanih aminokislin.

Nastajajo lahko tudi nukleotidi, ki so temeljni gradniki genskega materiala: DNK (deoksiribonukleinska kislina) in RNA (ribonukleinska kislina).

Pomen

Eksperimentu je uspelo eksperimentalno preveriti videz organskih molekul in predlaga precej privlačen scenarij, s katerim bi razložil možen izvor življenja.

Vendar se ustvari prirojena dilema, saj je molekula DNK potrebna za sintezo beljakovin in RNA. Spomnimo se, da osrednja dogma biologije predlaga, da se DNK prepisuje v RNA in se ta prepisuje v beljakovine (obstajajo izjeme pri tej premisi, kot so retrovirusi).

Kako se torej te biomolekule tvorijo iz njihovih monomerov (aminokislin in nukleotidov) brez prisotnosti DNK?

Na srečo je z odkritjem ribocimov uspelo razjasniti ta navidezni paradoks. Te molekule so katalitična RNA. To rešuje problem, saj lahko ista molekula katalizira in prenaša genetske informacije. Zato obstaja hipoteza o primitivnem svetu RNK.

Ista RNA se lahko razmnožuje in sodeluje pri tvorbi beljakovin. DNK lahko pride sekundarno in je izbrana kot molekula dedovanja nad RNA.

To dejstvo se lahko pojavi iz več razlogov, predvsem zato, ker je DNK manj reaktivna in bolj stabilna kot RNA.

Sklepi

Glavni zaključek te eksperimentalne zasnove je mogoče povzeti z naslednjo trditvijo: kompleksne organske molekule bi lahko nastale iz preprostejših anorganskih molekul, če bi bile izpostavljene pogojem domnevne primitivne atmosfere, kot so visoke napetosti, ultravijolično sevanje in nizka vsebnost kisika.

Poleg tega je bilo najdenih nekaj anorganskih molekul, ki so idealni kandidati za tvorbo nekaterih aminokislin in nukleotidov.

Poskus nam omogoča opazovanje, kako bi lahko bili gradniki živih organizmov, ob predpostavki, da je primitivno okolje ustrezalo opisanim zaključkom.

Zelo verjetno je, da je imel svet pred pojavom življenja številne številne in bolj zapletene sestavine od tistih, ki jih je uporabljal Miller.

Čeprav se zdi, da je izvor življenja iz tako preprostih molekul nemogoče predlagati, je Miller to zmogel preveriti s subtilnim in iznajdljivim eksperimentom.

Kritika eksperimenta

O rezultatih tega eksperimenta in o tem, kako so nastale prve celice, še vedno obstajajo razprave in polemike.

Trenutno velja, da se sestavni deli, ki jih je Miller uporabljal za oblikovanje primitivne atmosfere, niso ujemali z njegovo realnostjo. Sodobnejši pogled daje vulkanu pomembno vlogo in predlaga, da plini, ki jih te strukture proizvajajo minerale.

Sporna je bila tudi ključna točka Millerjevega eksperimenta. Nekateri raziskovalci menijo, da je ozračje malo vplivalo na ustvarjanje živih organizmov.

Reference

1. Bada, JL, & Cleaves, HJ (2015). Ab initio simulacije in Millerjev preizkus sinteze prebiotikov. Zbornik Nacionalne akademije znanosti, 112 (4), E342-E342.
2. Campbell, NA (2001). Biologija: pojmi in odnosi. Pearsonova vzgoja.
3. Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S.,… & Cronin, L. (2017). Miller - Urey Spark-Discharge poskusi v svetu Deuterium. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191–8194.
4. Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… & Fernández, FM (2014). Izvajanje eksperimentov Miller-Urey Časopis za vizualizirane poskuse: JoVE, (83).
5. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Življenje: Nauk o biologiji. Panamerican Medical Ed.