Millerův-Ureyův experiment

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Schéma experimentu

Millerův–Ureyův experiment[1] nebo pouze Millerův experiment byl experiment, který se snažil navodit podmínky, které měla Země zhruba před 3,5 miliardami let, a zkoumat možnost vzniku života chemickými procesy. Konkrétně testoval hypotézu Alexandra Oparina a J. B. S. Haldaneho, která navrhovala postupný vznik života z anorganických látek chemickými reakcemi. Byl proveden v roce 1952[2] a publikován roku 1953 Stanleyem Millerem a Haroldem Ureyem pracujícími na Chicagské univerzitě.[3][4][5]

Pozdější zkoumání[editovat | editovat zdroj]

Po smrti Stanleyho Millera v roce 2007 vědci zkoumali ampulky se vzorky z původního experimentu a našli v nich více než 20 různých aminokyselin. To je podstatně více, než Miller publikoval, a také více než 20 přirozeně se vyskytujících aminokyselin.[6] Navíc některé důkazy naznačují, že původní atmosféra Země měla jiné složení než plyn použitý v Millerově–Ureyově experimentu. Existují důkazy, že před 4 miliardami let na Zemi probíhaly silné sopečné erupce, které do ovzduší uvolnily oxid uhličitý (CO2), dusík, sulfan (H2S) a oxid siřičitý (SO2). Experimenty používající navíc tyto plyny přinesly jiné výsledky.[7]

Experiment[editovat | editovat zdroj]

V experimentu byly použity voda (H2O), methan (CH4), amoniak (NH3) a vodík (H2). Tyto chemikálie byly uzavřeny do řady sterilních skleněných trubiček a baněk, které byly spojeny ve smyčku. Jedna baňka byla z půlky naplněná tekutou vodou a v druhé byla dvojice elektrod. Tekutá voda byla nejprve zahřáta, aby se vypařila. Mezi elektrodami pak byly vytvořeny jiskry, které simulovaly blesk procházející atmosférou a vodní párou. Nakonec se atmosféra zchladila, aby se voda kondenzovala a dostala se znovu do první baňky. Tím se kruh uzavřel a proces pak probíhal stále dokola.

Po jednom týdnu trvání experimentu Miller a Urey pozorovali, že 10–15 % uhlíku se přeměnilo v organické sloučeniny. Ze dvou procent se staly aminokyseliny, z kterých se vytvářejí bílkoviny v živých buňkách, s tím, že nejhojnější aminokyselinou byl glycin. Vznikly i sacharidy. Nevytvořily se žádné nukleové kyseliny, ale vzniklo všech 20 běžných aminokyselin.

Chemické procesy během experimentu[editovat | editovat zdroj]

Jednokroková reakce přítomných chemikálií může vytvořit kyselinu kyanovodíkovou (HCN), formaldehyd (CH2O),[8][9] a další sloučeniny (např. ethyn nebo kyanoacetylen):

CO2 → CO + [O] (atomární kyslík)
CH4 + 2[O] → CH2O + H2O
CO + NH3 → HCN + H2O
CH4 + NH3 → HCN + 3H2

Formaldehyd, amoniak a kyanovodík spolu poté reagují a vytvářejí aminokyseliny a jiné biomolekuly:

CH2O + HCN + NH3 → NH2-CH2-CN + H2O
NH2-CH2-CN + 2H2O → NH3 + NH2-CH2-COOH (glycin)

Voda a formaldehyd spolu navíc mohou reagovat (Butlerova reakce) a vytvořit různé sacharidy (např. ribózu).

Jiné experimenty[editovat | editovat zdroj]

Tento experiment inspiroval další vědce. V roce 1961 Joan Oró objevil, že z kyanovodíku (HCN) a amoniaku může ve vodě vzniknout adenin, stavební báze nukleotidů. V experimentu se mu podařilo vytvořit adenin, jehož molekula se skládá z pěti molekul HCN.[10] V těchto podmínkách také z HCN a amoniaku vznikne mnoho aminokyselin.[11]

Pozdější experimenty Jeffreyho Bady ze Scrippsova institutu oceánografie byly podobné tomu původnímu, ale zjistil, že v současném modelu atmosféry mladé Země tvoří oxid uhličitý (CO2) a dusík (N2) dusitany, které aminokyselinu hned po jejím vzniku zničí. Nicméně mladá Země mohla obsahovat značné množství železa a uhlíkatých minerálů, které jsou schopny neutralizovat efekty dusitanů. Když Bada zopakoval experiment s železem a uhlíkatými minerály, vzniklo několik aminokyselin. To naznačuje, že původ nezanedbatelného množství aminokyselin mohl nastat, i když v zemské atmosféře byly oxid uhličitý a dusík.[12]

Atmosféra mladé Země[editovat | editovat zdroj]

Výše uvedené experimenty naznačují, že před 4 miliardami let procházela Země obdobím silných sopečných erupcí, které do atmosféry vypouštěly oxid uhličitý, dusík, sulfan a oxid siřičitý. Tyto prvky Miller s Ureyem v původním experimentu nepoužili. Z experimentů, ve kterých se s těmito plyny počítalo, vzešly rozmanitější molekuly. Vytvořila se při nich racemická směs, která obsahovala L i D enantiomery ve stejném poměru.[7] V přírodě se ale L aminokyseliny vyskytují častěji; pozdější experimenty ukázaly, že lze dosáhnout i odlišného poměru L a D enantiomerů.[13]

Podobné podmínky, jako použili Miller a Urey, se nacházejí v různých oblastech sluneční soustavy. Murchisonský meteorit, který v roce 1969 dopadl do Austrálie, obsahoval více než 90 různých aminokyselin, z čehož devatenáct se nachází v živých organismech na Zemi. Předpokládá se, že na kometách a některých dalších tělesech se vyskytují velká množství složitých uhlíkatých sloučenin (jako např. tholin), které ztmavují jejich povrch.[14] Mladá Země byla často bombardována kometami, které mohli dodávat množství složitých organických sloučenin spolu s vodou. Z této myšlenky vznikla hypotéza panspermie.

Novější studie[editovat | editovat zdroj]

Když v roce 2007 Stanley Miller umřel, jeho student Jeffrey Bada získal vzorky z původního experimentu. Vědci zjistili, že Miller s tehdejšími technologiemi nedokázal zjistit kompletní výsledek svého experimentu.[6]

V roce 2008 skupina vědců zkoumala 11 ampulek z Millerova experimentu z padesátých let. Pomocí kapalinové chromatografie a hmotnostní spektrometrie objevili více organických molekul než on, nejvíce 22 aminokyselin, 5 aminů a mnoho hydroxylovaných molekul.[15][16]

V následujících letech se jim dařilo izolovat další aminokyseliny, skončili na čísle 25. Profesor Bada odhadl, že přesnější měření by mohla odhalit až o 40 více aminokyselin ve velmi malých koncentracích, ale vědci se zkoumáním přestali.[6]

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Miller–Urey experiment na anglické Wikipedii.

  1. Balm SP, Hare J.P., Kroto HW(1991)."The analysis of comet mass spectrometric data". Space Science Reviews56: 185–9. doi:10.1007/BF00178408. Bibcode1991SSRv...56..185B. 
  2. "Stanley Miller's 70th Birthday"(PDF)(2000). Origins of Life and Evolution of the Biosphere30: 107–12. Netherlands:Kluwer Academic Publishers. doi:10.1023/A:1006746205180. 
  3. Miller, Stanley L.(May 1953)."Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions"(PDF). Science117(3046): 528. doi:10.1126/science.117.3046.528. PMID 13056598. 
  4. Miller, Stanley L.; Harold C. Urey(July 1959)."Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth". Science130(3370): 245. doi:10.1126/science.130.3370.245. PMID 13668555.  Miller states that he made "A more complete analysis of the products" in the 1953 experiment, listing additional results.
  5. A. Lazcano, J. L. Bada(June 2004)."The 1953 Stanley L. Miller Experiment: Fifty Years of Prebiotic Organic Chemistry". Origins of Life and Evolution of Biospheres33(3): 235–242. doi:10.1023/A:1024807125069. PMID 14515862. 
  6. a b c BBC: The Spark of Life. TV Documentary, BBC 4, 26 August 2009.
  7. a b "Right-handed amino acids were left behind", Reed Business Information Ltd, 2006-06-02, pp. 18. Ověřeno k 2008-07-09. 
  8. http://www.webcitation.org/query?url=http://www.geocities.com/capecanaveral/lab/2948/orgel.html&date=2009-10-25+16:53:26 Origin of Life on Earth by Leslie E. Orgel
  9. http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11860&page=85 Exploring Organic Environments in the Solar System (2007)
  10. Oró J, Kimball AP(August 1961)."Synthesis of purines under possible primitive earth conditions. I. Adenine from hydrogen cyanide". Archives of biochemistry and biophysics94: 217–27. doi:10.1016/0003-9861(61)90033-9. PMID 13731263. 
  11. Oró J, Kamat SS(April 1961)."Amino-acid synthesis from hydrogen cyanide under possible primitive earth conditions". Nature190(4774): 442–3. doi:10.1038/190442a0. PMID 13731262. 
  12. Fox, Douglas."Primordial Soup's On: Scientists Repeat Evolution's Most Famous Experiment", Scientific American Inc., 2007-03-28. Ověřeno k 2008-07-09. 
  13. Kojo, Shosuke; Hiromi Uchino, Mayu Yoshimura and Kyoko Tanaka(October 2004)."Racemic D,L-asparagine causes enantiomeric excess of other coexisting racemic D,L-amino acids during recrystallization: a hypothesis accounting for the origin of L-amino acids in the biosphere". Chemical Communications(19): 2146–2147. doi:10.1039/b409941a. PMID 15467844. 
  14. Thompson WR, Murray BG, Khare BN, Sagan C(December 1987)."Coloration and darkening of methane clathrate and other ices by charged particle irradiation: applications to the outer solar system". Journal of geophysical research92(A13): 14933–47. doi:10.1029/JA092iA13p14933. PMID 11542127. Bibcode1987JGR....9214933T. 
  15. Johnson AP, Cleaves HJ, Dworkin JP, Glavin DP, Lazcano A, Bada JL(October 2008)."The Miller volcanic spark discharge experiment". Science322(5900): 404. doi:10.1126/science.1161527. PMID 18927386. 
  16. "'Lost' Miller–Urey Experiment Created More Of Life's Building Blocks", Science Daily, October 17, 2008. Ověřeno k 2008-10-18. 

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]