MILLERŮV A UREYŮV EXPERIMENT: POPIS A VÝZNAM - BIOLOGIE - 2025

Miller a Urey experiment se skládá z výroby organických molekul za použití jednodušších anorganické molekuly, jako výchozí materiál, za určitých podmínek. Cílem experimentu bylo obnovit staré podmínky planety Země.

Záměrem uvedené rekreace bylo ověřit možný původ biomolekul. Simulace skutečně dosáhla produkce molekul - jako jsou aminokyseliny a nukleové kyseliny - nezbytné pro živé organismy.

Před Millerem a Ureyem: Historická perspektiva

Vysvětlení původu života bylo vždy intenzivně diskutovaným a kontroverzním tématem. Během renesance se věřilo, že život vznikl náhle a odnikud. Tato hypotéza je známá jako spontánní generace.

Později začalo klíčit kritické myšlení vědců a hypotéza byla vyřazena. Otázka položená na začátku však zůstala nejasná.

Ve dvacátých letech dvacáté století vědci používali termín „pravěká polévka“ k popisu hypotetického oceánského prostředí, ve kterém život pravděpodobně vznikl.

Problém byl v navrhování logického původu biomolekul, které umožňují život (uhlohydráty, proteiny, lipidy a nukleové kyseliny) z anorganických molekul.

Již v padesátých letech, před experimenty Miller a Urey, se skupině vědců podařilo syntetizovat kyselinu mravenčí z oxidu uhličitého. Tento impozantní objev byl publikován v prestižním časopise Science.

Z čeho to bylo?

V roce 1952 navrhli Stanley Miller a Harold Urey experimentální protokol k simulaci primitivního prostředí v důmyslném systému skleněných trubic a elektrod vlastní konstrukce.

Systém se skládal z vodní baňky, analogické primitivnímu oceánu. K této baňce bylo připojeno další se složkami domnělého prebiotického prostředí.

Miller a Urey použity následující poměry jej znovu: 200 mm Hg methanu (CH ₄), 100 mm Hg vodíku (H ₂), 200 mm Hg amoniaku (NH ₃), a 200 ml vody (H ₂ O).

Systém měl také kondenzátor, jehož úkolem bylo ochladit plyny tak, jak by normálně pršelo. Rovněž integrovali dvě elektrody schopné produkovat vysoké napětí, s cílem vytvořit vysoce reaktivní molekuly, které by podporovaly tvorbu komplexních molekul.

Tyto jiskry se snažily simulovat možné blesky a blesky z prebiotického prostředí. Přístroj skončil částí ve tvaru písmene „U“, která bránila páru v pohybu v opačném směru.

Experiment byl vystaven elektrickým proudům po dobu jednoho týdne, kdy byla voda zahřívána. Proces vytápění simuloval sluneční energii.

Výsledek

První dny byla experimentální směs zcela čistá. V průběhu dnů začala směs nabývat načervenalé barvy. Na konci experimentu tato kapalina nabrala intenzivní červenou téměř hnědou barvu a její viskozita se výrazně zvýšila.

Experiment dosáhl svého hlavního cíle a složité organické molekuly byly generovány z hypotetických složek rané atmosféry (metan, amoniak, vodík a vodní pára).

Vědci dokázali identifikovat stopy aminokyselin, jako je glycin, alanin, kyselina asparagová a kyselina amino-n-butyrová, které jsou hlavními složkami proteinů.

Úspěch tohoto experimentu přispěl k tomu, že další vědci pokračovali v průzkumu původu organických molekul. Přidáním úprav do protokolu Miller a Urey bylo znovu vytvořeno dvacet známých aminokyselin.

Mohou být také vytvořeny nukleotidy, které jsou základními stavebními kameny genetického materiálu: DNA (kyselina deoxyribonukleová) a RNA (kyselina ribonukleová).

Důležitost

Experimentu se podařilo experimentálně ověřit vzhled organických molekul a navrhuje docela atraktivní scénář vysvětlující možný původ života.

Vytváří se však vlastní dilema, protože molekula DNA je nezbytná pro syntézu proteinů a RNA. Připomeňme si, že ústřední biologické dogma navrhuje, aby DNA byla přepsána na RNA a že byla přepsána na proteiny (existují známé výjimky z tohoto předpokladu, jako jsou retroviry).

Jak se tedy tyto biomolekuly tvoří z jejich monomerů (aminokyselin a nukleotidů) bez přítomnosti DNA?

Naštěstí objev ribozymů dokázal tento zřejmý paradox objasnit. Tyto molekuly jsou katalytické RNA. To řeší problém, protože stejná molekula může katalyzovat a nést genetické informace. To je důvod, proč existuje hypotéza primitivního světa RNA.

Stejná RNA se může replikovat sama a podílet se na tvorbě proteinů. DNA může přijít sekundárním způsobem a může být vybrána jako molekula dědičnosti nad RNA.

Tato skutečnost může nastat z několika důvodů, hlavně proto, že DNA je méně reaktivní a stabilnější než RNA.

Závěry

Hlavní závěr tohoto experimentálního návrhu lze shrnout do následujícího tvrzení: složité organické molekuly mohou mít svůj původ z jednodušších anorganických molekul, pokud jsou vystaveny podmínkám předpokládané primitivní atmosféry, jako jsou vysoké napětí, ultrafialové záření a nízké obsah kyslíku.

Kromě toho byly nalezeny některé anorganické molekuly, které jsou ideálními kandidáty na tvorbu určitých aminokyselin a nukleotidů.

Experiment nám umožňuje pozorovat, jak by mohly být stavební kameny živých organismů, za předpokladu, že primitivní prostředí vyhovovalo popsaným závěrům.

Je velmi pravděpodobné, že svět před výskytem života měl mnohem početnější a složitější komponenty než ty, které používal Miller.

Ačkoli se zdá nepravděpodobné navrhnout původ života počínaje tak jednoduchými molekulami, Miller byl schopen to ověřit jemným a důmyslným experimentem.

Kritika experimentu

Stále existují diskuse a diskuse o výsledcích tohoto experimentu a o tom, jak vznikly první buňky.

V současné době se věří, že složky, které Miller použil k vytvoření primitivní atmosféry, neodpovídaly skutečnosti. Modernější pohled dává sopkám důležitou roli a navrhuje, aby plyny, které tyto struktury produkují minerály.

Klíčový bod Millerova experimentu byl také zpochybněn. Někteří vědci se domnívají, že atmosféra měla malý dopad na tvorbu živých organismů.

Reference

1. Bada, JL, a Cleaves, HJ (2015). Simulace ab initio a experiment Millerovy prebiotické syntézy. Sborník Národní akademie věd, 112 (4), E342-E342.
2. Campbell, NA (2001). Biologie: Koncepty a vztahy. Pearsonovo vzdělávání.
3. Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S.,… & Cronin, L. (2017). Miller - experimenty s vybíjením jisker Urey ve světě deuteria. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194.
4. Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… & Fernández, FM (2014). Provádění experimentů Miller-Urey. Žurnál vizualizovaných experimentů: JoVE, (83).
5. Sadava, D., a Purves, WH (2009). Life: The Science of Biology. Panamerican Medical Ed.