MILLER OCH UREY-EXPERIMENT: BESKRIVNING OCH BETYDELSE - BIOLOGI - 2025

Den Miller och Urey experiment består av framställning av organiska molekyler med användning enklare oorganiska molekyler som utgångsmaterial under vissa betingelser. Syftet med experimentet var att återskapa de forntida förhållandena på planeten Jorden.

Avsikten med nämnda rekreation var att verifiera biomolekylernas möjliga ursprung. I själva verket uppnådde simuleringen produktionen av molekyler - såsom aminosyror och nukleinsyror - nödvändiga för levande organismer.

Before Miller and Urey: Historical Perspective

Förklaringen av livets ursprung har alltid varit ett intensivt diskuterat och kontroversiellt ämne. Under renässansen trodde man att livet upphörde plötsligt och ingenstans. Denna hypotes är känd som spontan generation.

Senare började forskarnas kritiska tänkande att gro och hypotesen kasserades. Frågan som ställdes i början förblev emellertid oklar.

På 1920-talet använde tidens forskare termen "primordial soppa" för att beskriva en hypotetisk oceanisk miljö där livet troligen har sitt ursprung.

Problemet var att föreslå ett logiskt ursprung för biomolekylerna som möjliggör liv (kolhydrater, proteiner, lipider och nukleinsyror) från oorganiska molekyler.

Redan på 50-talet, före Miller- och Urey-experimenten, lyckades en grupp forskare syntetisera myrsyra från koldioxid. Denna formidabla upptäckt publicerades i den prestigefyllda tidskriften Science.

Vad bestod det av?

År 1952 designade Stanley Miller och Harold Urey ett experimentprotokoll för att simulera en primitiv miljö i ett genialt system av glasrör och elektroder av sin egen konstruktion.

Systemet bestod av en vattenkolv, analog med det primitiva havet. Ansluten till den kolven var en annan med komponenterna i den antagna prebiotiska miljön.

Miller och Urey använt följande förhållanden för att återskapa den: 200 mmHg av metan (CH ₄ ), 100 mm Hg av väte (H ₂ ), 200 mm Hg av ammoniak (NH ₃ ), och 200 ml vatten (H ₂ O).

Systemet hade också en kondensator, vars uppgift var att kyla gaserna som regn normalt skulle göra. På samma sätt integrerade de två elektroder som kan producera höga spänningar, i syfte att skapa mycket reaktiva molekyler som skulle främja bildandet av komplexa molekyler.

Dessa gnistor försökte simulera möjliga blixtbultar och blixtar från den prebiotiska miljön. Apparaten slutade i en "U" -formad del som förhindrade att ångan rör sig i omvänd riktning.

Experimentet fick elektriska stötar under en vecka, samtidigt som vattnet upphettades. Uppvärmningsprocessen simulerade solenergi.

Resultat

De första dagarna var experimentblandningen helt ren. Under dagarna började blandningen få en rödaktig färg. I slutet av experimentet fick denna vätska en intensiv röd nästan brun färg och dess viskositet ökade märkbart.

Experimentet uppnådde sitt huvudmål och komplexa organiska molekyler genererades från de hypotetiska komponenterna i den tidiga atmosfären (metan, ammoniak, väte och vattenånga).

Forskarna kunde identifiera spår av aminosyror, såsom glycin, alanin, asparaginsyra och amino-n-smörsyra, som är de viktigaste komponenterna i proteiner.

Detta experiment lyckades bidra till att andra forskare fortsatte att utforska ursprunget till organiska molekyler. Genom att lägga till modifieringar till Miller- och Urey-protokollet återskapades de tjugo kända aminosyrorna.

Nukleotider kan också genereras, som är de grundläggande byggstenarna i genetiskt material: DNA (deoxiribonukleinsyra) och RNA (ribonukleinsyra).

Betydelse

Experimentet lyckades experimentellt verifiera utseendet på organiska molekyler och föreslår ett ganska attraktivt scenario för att förklara livets möjliga ursprung.

Emellertid skapas ett inneboende dilemma, eftersom DNA-molekylen krävs för protein- och RNA-syntes. Låt oss komma ihåg att biologiens centrala dogma föreslår att DNA transkriberas till RNA och detta transkriberas till proteiner (det finns kända undantag från denna förutsättning, såsom retrovirus).

Så hur bildas dessa biomolekyler från deras monomerer (aminosyror och nukleotider) utan närvaro av DNA?

Lyckligtvis lyckades upptäckten av ribozymer klargöra denna uppenbara paradox. Dessa molekyler är katalytiska RNA. Detta löser problemet eftersom samma molekyl kan katalysera och bära genetisk information. Det är därför det finns hypotesen om den primitiva RNA-världen.

Samma RNA kan replikera sig själv och delta i bildandet av proteiner. DNA kan komma på ett sekundärt sätt och väljas som en arvsmolekyl över RNA.

Detta faktum kan uppstå av flera skäl, främst på grund av att DNA är mindre reaktivt och mer stabilt än RNA.

Slutsatser

Den huvudsakliga slutsatsen för denna experimentella konstruktion kan sammanfattas med följande påstående: komplexa organiska molekyler kan ha sitt ursprung från enklare oorganiska molekyler, om de utsätts för förhållandena i den antagna primitiva atmosfären såsom höga spänningar, ultraviolett strålning och låg syreinnehåll.

Vidare hittades vissa oorganiska molekyler som är idealiska kandidater för bildning av vissa aminosyror och nukleotider.

Experimentet tillåter oss att observera hur byggstenar för levande organismer kunde ha varit, under antagande att den primitiva miljön överensstämde med de beskrivna slutsatserna.

Det är mycket troligt att världen före livets uppkomst hade fler och komplexa komponenter än de som Miller använde.

Även om det verkar otroligt att föreslå livets ursprung med utgångspunkt från så enkla molekyler, kunde Miller verifiera det med ett subtilt och genialt experiment.

Kritik av experimentet

Det finns fortfarande debatter och kontroverser om resultaten av detta experiment och om hur de första cellerna har sitt ursprung.

Det antas för närvarande att komponenterna som Miller använde för att bilda den primitiva atmosfären inte matchade verkligheten i den. En mer modern syn ger vulkaner en viktig roll och föreslår att gaserna som dessa strukturer producerar mineraler.

En nyckelpunkt i Millers experiment har också ifrågasatts. Vissa forskare tror att atmosfären inte hade någon inverkan på skapandet av levande organismer.

referenser

1. Bada, JL, & Cleaves, HJ (2015). Ab initio-simuleringar och Miller-prebiotisk syntes-experiment. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112 (4), E342-E342.
2. Campbell, NA (2001). Biologi: begrepp och relationer. Pearson Education.
3. Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S., … & Cronin, L. (2017). Miller - Urey gnistutsläppsexperiment i Deuterium World. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194.
4. Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M., … & Fernández, FM (2014). Genomföra Miller-Urey-experiment. Journal för visualiserade experiment: JoVE, (83).
5. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Life: The Science of Biology. Panamerican Medical Ed.