การทดลองของ Miller และ Urey: มันคืออะไรความสำคัญและข้อสรุป

การ ทดลองของมิลเลอร์และอูรย์ ประกอบด้วยการผลิตโมเลกุลอินทรีย์โดยใช้อนินทรีย์โมเลกุลที่ง่ายกว่าเป็นวัสดุเริ่มต้นภายใต้เงื่อนไขบางประการ วัตถุประสงค์ของการทดลองคือการสร้างสภาพบรรพบุรุษของโลก

ความตั้งใจของการพักผ่อนหย่อนใจนี้คือการตรวจสอบที่มาที่เป็นไปได้ของชีวโมเลกุล อันที่จริงการจำลองสถานการณ์ประสบความสำเร็จในการผลิตโมเลกุลเช่นกรดอะมิโนและกรดนิวคลีอิกซึ่งจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิต

ก่อนมิลเลอร์และอูรย์: มุมมองทางประวัติศาสตร์

คำอธิบายต้นกำเนิดของชีวิตมักเป็นหัวข้อถกเถียงและถกเถียงอย่างเข้มข้น ในช่วงยุคฟื้นฟูศิลปวิทยามีความเชื่อกันว่าชีวิตเกิดขึ้นโดยฉับพลันและจากอะไร สมมติฐานนี้เรียกว่าการเกิดขึ้นเอง

ต่อจากนั้นความคิดเชิงวิพากษ์ของนักวิทยาศาสตร์เริ่มงอกและสมมติฐานถูกยกเลิก อย่างไรก็ตามคำถามที่ถูกวางไว้ที่จุดเริ่มต้นยังไม่ชัดเจน

ในปี ค.ศ. 1920 นักวิทยาศาสตร์ในเวลานั้นใช้คำว่า "ซุปดั่งเดิม" เพื่ออธิบายสภาพแวดล้อมของมหาสมุทรที่สมมุติฐานซึ่งอาจมีต้นกำเนิดจากชีวิต

ปัญหาคือการเสนอต้นกำเนิดทางตรรกะของโมเลกุลชีวโมเลกุลที่ทำให้ชีวิตมีความเป็นไปได้ (คาร์โบไฮเดรตโปรตีนไขมันและกรดนิวคลีอิก) จากโมเลกุลอนินทรีย์

ในยุค 50 ก่อนการทดลองของมิลเลอร์และอูรย์นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งได้ทำการสังเคราะห์กรดฟอร์มิกจากคาร์บอนไดออกไซด์ การค้นพบที่น่ากลัวนี้ถูกตีพิมพ์ในวารสาร Science ที่ มีชื่อเสียง

มันคืออะไร

ในปี 1952 สแตนลีย์มิลเลอร์และฮาโรลด์อูรย์ได้ออกแบบโครงการทดลองเพื่อจำลองสภาพแวดล้อมดั้งเดิมในระบบที่ชาญฉลาดของหลอดแก้วและขั้วไฟฟ้าที่สร้างขึ้นด้วยตัวเอง

ระบบนี้ถูกสร้างขึ้นจากขวดที่มีน้ำซึ่งคล้ายกับมหาสมุทรดั้งเดิม เชื่อมต่อกับขวดนั้นเป็นอีกหนึ่งองค์ประกอบของสภาพแวดล้อมพรีไบโอติกที่ควร

Miller และ Urey ใช้สัดส่วนต่อไปนี้เพื่อสร้างใหม่: มีเทน 200 มม. ปรอท (CH 4 ), ไฮโดรเจน 100 มม. (H 2 ), แอมโมเนีย 200 มม. (NH 3 ) และ 200 มล. ของน้ำ (H 2 O)

ระบบยังมีคอนเดนเซอร์ซึ่งมีหน้าที่ในการทำให้ก๊าซเย็นลงตามปกติฝนจะทำ ในทำนองเดียวกันพวกเขารวมสองขั้วไฟฟ้าที่มีความสามารถในการผลิตแรงดันสูงโดยมีจุดประสงค์ในการสร้างโมเลกุลปฏิกิริยาสูงที่ก่อให้เกิดการก่อตัวของโมเลกุลที่ซับซ้อน

ประกายไฟเหล่านี้พยายามจำลองรังสีและฟ้าผ่าของสภาพแวดล้อมพรีไบโอติกที่เป็นไปได้ อุปกรณ์สิ้นสุดในส่วนที่มีรูปร่าง "U" ซึ่งป้องกันไม่ให้ไอน้ำเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม

การทดลองได้รับแรงกระแทกไฟฟ้าเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์ในเวลาเดียวกันกับที่น้ำร้อนขึ้น กระบวนการทำความร้อนจำลองพลังงานแสงอาทิตย์

ผล

วันแรกส่วนผสมของการทดลองนั้นสะอาดหมดจด ตลอดเวลาที่ผ่านมาส่วนผสมเริ่มเปลี่ยนเป็นสีแดง ในตอนท้ายของการทดลองของเหลวนี้ใช้สีแดงเข้มเกือบน้ำตาลและความหนืดเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน

การทดลองบรรลุวัตถุประสงค์หลักและโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนเกิดขึ้นจากองค์ประกอบสมมุติของบรรยากาศดั้งเดิม (มีเธนแอมโมเนียไฮโดรเจนและไอน้ำ)

นักวิจัยสามารถระบุร่องรอยของกรดอะมิโนเช่น glycine, alanine, aspartic acid และ amino-n-butyric acid ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของโปรตีน

ความสำเร็จของการทดลองครั้งนี้ส่งผลให้นักวิจัยคนอื่น ๆ ทำการสำรวจที่มาของโมเลกุลอินทรีย์ โดยการเพิ่มการแก้ไขโปรโตคอล Miller และ Urey กรดอะมิโนที่รู้จักกันยี่สิบตัวจึงถูกสร้างขึ้นใหม่

นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะสร้างนิวคลีโอไทด์ซึ่งเป็นหน่วยการสร้างพื้นฐานของสารพันธุกรรม: DNA (กรด deoxyribonucleic) และ RNA (กรด ribonucleic)

ความสำคัญ

การทดลองนี้พิสูจน์ให้เห็นถึงการปรากฏตัวของโมเลกุลของสารอินทรีย์และเสนอภาพจำลองที่น่าสนใจมากเพื่ออธิบายที่มาของสิ่งมีชีวิตที่เป็นไปได้

อย่างไรก็ตามภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกโดยธรรมชาติถูกสร้างขึ้นเนื่องจากโมเลกุล DNA มีความจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนและอาร์เอ็นเอ โปรดจำไว้ว่าหลักความเชื่อทางชีววิทยาเสนอให้คัดลอก DNA ไปยัง RNA และสิ่งนี้ถูกถ่ายลงในโปรตีน (ยกเว้นข้อยกเว้นของหลักฐานนี้เป็นที่รู้จักเช่น retroviruses)

ดังนั้นชีวโมเลกุลเหล่านี้เกิดขึ้นจากโมโนเมอร์ของพวกเขา (กรดอะมิโนและนิวคลีโอไทด์) โดยไม่มี DNA อยู่ได้อย่างไร?

โชคดีที่การค้นพบ ribozymes สามารถทำให้ความขัดแย้งนี้ชัดเจนขึ้น โมเลกุลเหล่านี้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาอาร์เอ็นเอ วิธีนี้แก้ปัญหาได้เนื่องจากโมเลกุลเดียวกันสามารถกระตุ้นและนำข้อมูลทางพันธุกรรมมาใช้ นั่นคือเหตุผลที่สมมติฐานโลก RNA ดั้งเดิมมีอยู่

อาร์เอ็นเอเดียวกันสามารถทำซ้ำตัวเองและมีส่วนร่วมในการก่อตัวของโปรตีน DNA สามารถมาเป็นอันดับที่สองและได้รับเลือกให้เป็นโมเลกุลของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมใน RNA

สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุส่วนใหญ่เป็นเพราะ DNA มีปฏิกิริยาน้อยกว่าและมีความเสถียรมากกว่า RNA

ข้อสรุป

บทสรุปหลักของการออกแบบการทดลองนี้สามารถสรุปได้ด้วยคำสั่งต่อไปนี้: โมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนอาจมีต้นกำเนิดมาจากโมเลกุลอนินทรีย์ที่ง่ายกว่าถ้าพวกเขาสัมผัสกับสภาพของบรรยากาศดั้งเดิมเช่นแรงดันสูงรังสีอัลตราไวโอเลต ปริมาณออกซิเจน

นอกจากนี้โมเลกุลอนินทรีย์บางตัวยังพบว่าเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการสร้างกรดอะมิโนและนิวคลีโอไทด์

การทดลองทำให้เราสามารถสังเกตได้ว่าการสร้างกลุ่มสิ่งมีชีวิตนั้นเป็นอย่างไรสมมติว่าสภาพแวดล้อมดั้งเดิมสอดคล้องกับข้อสรุปที่อธิบายไว้

มีความเป็นไปได้สูงว่าโลกก่อนการปรากฏของสิ่งมีชีวิตจะมีจำนวนและความซับซ้อนมากกว่าที่มิลเลอร์ใช้

แม้ว่ามันจะไม่น่าเป็นไปได้ที่จะเสนอจุดกำเนิดของชีวิตบนพื้นฐานของโมเลกุลที่เรียบง่าย แต่มิลเลอร์ก็สามารถพิสูจน์ได้ด้วยการทดลองที่ชาญฉลาดและชาญฉลาด

วิจารณ์การทดลอง

ยังคงมีการถกเถียงและถกเถียงกันเกี่ยวกับผลของการทดลองนี้และวิธีการที่เซลล์แรกเกิดขึ้น

ในปัจจุบันมีความเชื่อกันว่าองค์ประกอบที่มิลเลอร์เคยใช้ในการสร้างบรรยากาศดั้งเดิมไม่สอดคล้องกับความเป็นจริงของมัน วิสัยทัศน์ที่ทันสมัยกว่าทำให้ภูเขาไฟมีบทบาทสำคัญและเสนอให้ก๊าซที่โครงสร้างเหล่านี้ผลิตเป็นแร่ธาตุ

ประเด็นสำคัญของการทดลองของมิลเลอร์ก็ถูกตั้งคำถามเช่นกัน นักวิจัยบางคนคิดว่าบรรยากาศมีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อการสร้างสิ่งมีชีวิต