Miller-Urey eksperiment
Den Miller-Urey eksperiment (også Urey-Miller eksperiment eller Miller eksperiment ) blir brukt til å bekrefte den hypotese at under betingelsene for en postulert primitiv atmosfære , dannelse av organiske forbindelser , spesielt aminosyrer , mer primitive enn forutsetning for dannelsen av encellede livsformer er mulig ( kjemisk evolusjon ).
I 1953 simulerte Stanley Lloyd Miller sammen med Harold Clayton Urey miljøforhold i laboratoriet ved University of Chicago som ifølge den gangen kunne ha rådet i den tidlige fasen av jordens historie (sen Hadaic-tid ), og undersøkt hvilke komplekse organiske molekyler som kan dannes under disse forholdene. En kort beskrivelse av eksperimentet og dets resultater for første gang ble gitt i Science artikkelen A produksjon av aminosyrer under mulige primitive jordforhold ( produksjon av aminosyrer under mulige tidlige jordforhold ).
Eksperimentelt oppsett
I Miller-Urey-eksperimentet genererer en gassblanding som skal tilsvare en hypotetisk tidlig jordatmosfære - vann (H 2 O), metan (CH 4 ), ammoniakk (NH 3 ) og hydrogen (H 2 ) - elektriske utladninger ( buer ) i en glasspære ) utsatt. Buene, som simulerer tordenvær lyn på tidlig jord, skal splitte gassmolekylene i svært reaktive frie radikaler . Mens vanndamp genereres ved oppvarming av vann i en annen kolbe, tilføres de resterende gassene fra utsiden. Vanndampen kondenseres i en kjøler under pæren, der buene genereres . Det kondenserte vannet med reaksjonsproduktene samles i et U-stykke og returnerer til slutt til den andre kolben via et overløp .
På denne måten simuleres den tidlige jordiske vannsyklusen på en veldig forenklet måte i det eksperimentelle apparatet : vann fordamper fra det "urhavet" i kolben og stiger opp i den "uratmosfæren", hvor de atmosfæriske gassene reagerer med hverandre gjennom lyn. Det atmosfæriske vannet kondenserer til slutt til "regn" og transporterer reaksjonsproduktene tilbake til "urhavet". Som i den hypotetiske uratmosfæren, må det ikke være noe fritt oksygen (O 2 ) i apparatet .
I den nedre kolben akkumuleres gradvis organiske molekyler, som farger vannet i det simulerte urhavet blek lilla etter en dag og til slutt blir til en dyprød overskyet suspensjon etter en uke . Etter at forsøket var avsluttet, ble denne blandingen preparert for analyse med kvikksølv (II) klorid (HgCl 2 ) og bariumhydroksyd (Ba (OH) 2 ) og dens sammensetning ble analysert ved hjelp av papirkromatografi .
Resultater
Med en innledende mengde på 59.000 mikromol CH 4 :
produkt | formel | Utbytte (mengde stoff i μmol) |
C-atomer | Mengden stoff av karbonatomer i μmol |
---|---|---|---|---|
Myresyre | H-COOH | 2330 | 1 | 2330 |
Glycin * | H 2 N-CH 2- COOH | 630 | 2 | 1260 |
Glykolsyre | HO-CH 2 COOH | 560 | 2 | 1120 |
Alanine * | H 3 C-CH (NH 2 ) -COOH | 340 | 3 | 1020 |
Melkesyre | H 3 C-CH (OH) -COOH | 310 | 3 | 930 |
β-alanin | H 2 N-CH 2 -CH 2 -COOH | 150 | 3 | 450 |
eddiksyre | H 3 C-COOH | 150 | 2 | 300 |
Propionsyre | H 3 C-CH 2 COOH | 130 | 3 | 390 |
Iminodiediksyre | HOOC-CH 2 -NH-CH 2 COOH | 55 | 4. plass | 220 |
Sarkosin | H 3 C-NH-CH 2 COOH | 50 | 3 | 150 |
α-amino- n- smørsyre | H 3 C-CH 2 -CH (NH 2 ) -COOH | 50 | 4. plass | 200 |
α-hydroksy- n- smørsyre | H 3 C-CH 2 -CH (OH) -COOH | 50 | 4. plass | 200 |
Ravsyre | HOOC-CH 2 -CH 2 -COOH | 40 | 4. plass | 160 |
urea | H 2 N-CO-NH 2 | 20. | 1 | 20. |
N- metylurea | H 2 N-CO-NH-CH 3 | 15. | 2 | 30. |
3-azaadipinsyre | HOOC-CH 2 -NH-CH 2 -CH 2 -COOH | 15. | 5 | 75 |
N- metylalanin | H 3 C-CH (NH-CH 3 ) -COOH | 10 | 4. plass | 40 |
Glutaminsyre * | HOOC-CH 2 -CH 2 -CH (NH 2 ) -COOH | Sjette | 5 | 30. |
Asparaginsyre * | HOOC-CH 2 -CH (NH 2 ) -COOH | 4. plass | 4. plass | 16 |
α-aminoisosmørsyre | H 3 C-C (CH 3 ) (NH 2 ) -COOH | 1 | 4. plass | 4. plass |
Total:
|
4916 | 8945 |
(* proteinogene aminosyrer )
Totalt omdannes 18% av metanmolekylene til biomolekyler, resten blir til en tjærelignende masse.
Opprinnelig utført i 1953, har dette eksperimentet siden gitt sammenlignbare resultater i mange varianter. Det blir tatt som bevis på at den tidlige jordas atmosfære inneholdt organiske molekyler i ikke-ubetydelige konsentrasjoner.
Undersøkelser som ble utført i 2008 på de opprinnelige karene som ble brukt av Miller, førte til identifisering av åtte ekstra, hovedsakelig hydroksylerte aminosyrer som hadde blitt oversett av analysemetodene på 1950-tallet. Imidlertid kan eksperimentet ikke komme med noen uttalelser om hvordan disse molekylene ville ha kombinert for å danne store strukturer.
Modifikasjoner av testforholdene
- Som karbonkilde: karbonmonoksid (CO) eller karbondioksid
- Som nitrogenkilde: molekylært nitrogen N 2
- Som energikilde: UV-lys og ild som varmekilde
Som Miller-eksperimentet alene ikke forklarer
- Aminosyrene produsert som 1: 1- racemat , i organismer, men er stort sett bare L- aminosyrene å finne. Problemet kan løses ved å bruke mineraler som katalysatorer , som Miller ikke brukte.
- I tillegg til noen aminosyrer dannes det også forbindelser som ikke forekommer i organismer som lever i dag, for eksempel de to aminosyrene β-alanin og sarcosine isomere til alanin (se tabell). Fraværet av disse forbindelsene i organismer i dag kan muligens forklares ved valg i utviklingen av metabolske veier, hvor alle varianter unntatt aminosyrene som brukes av organismer i dag, er eliminert.
Reaksjonsveier i Miller-eksperimentet
I utgangspunktet er aldehyder (R - CHO) og hydrocyansyre ( hydrogencyanid HCN) de første mellomprodukter fra utgangsmaterialene .
I en påfølgende flertrinnsreaksjon reagerer aldehydene med ammoniakk som en katalysator for å danne aminosyrer:
- Sumligning:
- Aldehyd, hydrogencyanid og vann reagerer for å danne aminosyren.
Den aminosyren glycin er opprettet fra aldehydet metanal (HCHO ), og alanin er opprettet fra etanal (CH 3 -CHO).
- Sumligning:
- Aldehyd, hydrogencyanid og vann reagerer for å danne α-hydroksysyrer.
Glykolsyre (α-hydroxyethanoic syre) er dannet av metanal, melkesyre (α-hydroksypropansyre) fra etanal og α-hydroksysmørsyre fra propanal (CH 3 -CH 2 -CHO).
Kritikk av kravene
Resultatene av eksperimentet er reproduserbare. Imidlertid er det alvorlig tvil om de tidlige jordforutsetningene er realistiske . Den tyske kjemikeren Günter Wächtershäuser uttrykker seg tydelig om dette: “Teorien om den prebiotiske ursuppa står overfor ødeleggende kritikk fordi den er ulogisk, uforenlig med termodynamikk , kjemisk og geokjemisk usannsynlig, ikke i samsvar med biologi og biokjemi og eksperimentelt tilbakevist.” Andre forskere kom også til den konklusjonen at de forhistoriske forholdene på tidlig jord ikke samsvarte med de som ble simulert i eksperimentet.
litteratur
- Stanley L. Miller: En produksjon av aminosyrer under mulige primitive jordforhold. I: Vitenskap. 117 (3046) 1953, PMID 13056598 ; doi: 10.1126 / science.117.3046.528 , s. 528-529
- Stanley L. Miller og Harold C. Urey: Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth. I: Vitenskap. 130 (3370), 1959, PMID 13668555 ; doi: 10.1126 / science.130.3370.245 , s. 245-251
- Sven P. Thoms: Livets opprinnelse. Fischer, Frankfurt 2005, ISBN 3-596-16128-2 .
- Richard E. Dickerson: Chemical Evolution and the Origin of Life. I: Spectrum of Science. Nr. 9, 1979, s. 98-115
weblenker
- 50 år med DNA-dobbeltspiralen og Miller-eksperimentet . Fra nyheter fra kjemi , juni 2003, s. 666–674 (PDF; 174 kB)
- Nedlastbare filmer der Miller forklarer eksperimentet sitt
- Fra Primordial Soup til Prebiotic Beach - Et intervju med eksobiologisk pioner, Dr. Stanley L. Miller, University of California San Diego ( 11. oktober 2007- minne om Internett-arkivet )
- Leslie Orgel: Origin of Life on Earth ( Memento fra 6. desember 2007 i Internet Archive )
- Forskningsprosjekt Miller-Urey eksperiment ved IKS i TU Graz
Individuelle bevis
- ↑ a b c d S. L. Miller: En produksjon av aminosyrer under mulige primitive jordforhold. 1953 (se litteratur )
- ↑ a b c Miller-eksperiment. I: Spektrum online leksikon for biologi , åpnet 1. januar 2021
- ↑ Richard E. Dickerson: Chemical Evolution and the Origin of Life . I: Spectrum of Science . Utgave 9, 1979, s. 193
- ↑ Adam P. Johnson et al . (2008): Miller Volcanic Spark Discharge Experiment . I: Vitenskap . Volum 322 (5900); S. 404; PMID 18927386 ; doi: 10.1126 / vitenskap.1161527
- ↑ Sitat fra Nick Lane: The Spark of Life . Konrad Theiss Verlag: Darmstadt 2017, s. 348, note 24.
- Zur Eth Zurich: Uncovering Mysteries of Earths Primeval Atmosphere 4,5 billion billioner ago and the Emergence of Life . 29. november 2020. Tilgang 30. november 2020.
- ↑ Paolo A. Sossi, Antony D. Burnham, James Badro, Antonio Lanzirotti, Matt Newville, Hugh St C. O'Neill: Redox-tilstand av jordens magmahav og dets venuslignende tidlige atmosfære . I: Science Advances . 6, nr. 48, 1. november 2020, ISSN 2375-2548 , s. Eabd1387. doi : 10.1126 / sciadv.abd1387 .