Eksperimentong Miller-Urey

Ang eksperimentong Miller–Urey (o eksperimentong Urey–Miller) ay isang eksperimento na gumaya sa mga pinaniwalaang kondisyon ng maagang mundo. Ito ay sinubok upang maunawaan ang mga kimikal na pinagmulan ng buhay. Sa spesipiko, sinubok ng eksperimentong ito ang hipotesis nina Alexander Oparin at J. B. S. Haldane na ang mga kondisyon ng primitibong mundo ay pumabor sa mga reaksiyong kimikal na nag-synthesize ng mga kompuwestong organiko mula sa mga prekursor na inorganiko. Ito ay itinuring na isang klasikong eksperimento na nauukol sa abiohenesis na pangeksperimento at isinagawa nooong 1953 nina Stanley Miller at Harold Urey sa University of Chicago at kalaunan sa University of California, San Diego na inilimbag nang sumunod na taon.

Ang isinagawang eksperimento

Pagkatapos ng kamatayan ni Miller noong 2007, naipakita ng mga siyentipikong sumiyasat sa mga nakasarang vial na naingatan mula sa mga orihinal na eksperimento na may aktuwal na mga 20 iba ibang mga asidong amino na nalikha sa orihinal na eksperimento ni Miller. Ito ay mas marami sa orihinal na naiulat at higit sa 20 na umiiral sa kalikasan sa buhay. Ang mga karagdagang mga eksperimento na gumamit ng mga gaas na carbon dioxide (CO₂), nitrogen (N₂), hydrogen sulfide (H₂S), at sulfur dioxide (SO₂) na maaaring bumubuo ng atmospero ng maagang mundo ay lumikha pa ng mas maraming mga iba ibang mga molekular bilang karagdagan sa mga nabuo sa orihinal na eksperimentong Miller-Urey.

Eksperimento

Ang eksperimento ay gumamit ng tubig (H2O), methane (CH4), ammonia (NH3), at hydrogen (H2). Ang mga kimikal ay lahat nakaselyo sa loob ng isang sterile na mga boteng flask at mga flask na nakakabit sa isang loop na ang isang flask ay kalahating puno ng likidong tubig at isa pang flask ay naglalaman ng mga electrode. Ang likidong tubig ay ininit upang sanhiin ang ebaporasyon. Ang mga kislap ay pinasilab sa pagitan ng mga electrode upang gayahin ang kidlat sa pamamagitan ng atmospero at water vapor. Pagkatapos ntio, ang atmospero ay muling pinalamig upang ang tubig ay magcondense at pumatak pabalik sa unang flask sa isang patuloy na siklo. Sa loob ng isang araw , ang halong ito ay naging kulay pink at sa dulo ng dalawang linggo ng patuloy na operasyon, ang mga 10–15% ng carbon sa loob ng sistema ay nasa anyo na ng mga kompuwestong organiko. Ang 2 porsiyento ng carbon ay bumuo ng mga asidong amino na ginagamit upang bumuo ng mga protina sa mga buhay na selula. Ang glycine ang pinakasagana rito. Ang mga asukal ay nabuo rin. Ang 18% ng mga molekulang methane ay naging mga biyomolekula at ang natitira ay naging mga hydorcarbon gaya ng bitumen.

Kimika ng eksperimento

Ang mga reaksiyong isang hakbang sa mga sangkap ng halo ay makakalikha ng hydrogen cyanide (HCN), formaldehyde (CH₂O), at ibang mga aktibong kompuwesto sa pagitan (acetylene, cyanoacetylene, etc.):

CO₂ → CO + [O] (atomic oxygen)

CH₄ + 2[O] → CH₂O + H₂O

CO + NH₃ → HCN + H₂O

CH₄ + NH₃ → HCN + 3H₂ (BMA process)

Ang formaldehyde, ammonia, at HCN ay nagrereact naman sa pamamagitan ng Strecker synthesis upang bumuo ng mga asidong amino at ibang mga biyomolekula:

CH₂O + HCN + NH₃ → NH₂-CH₂-CN + H₂O

NH₂-CH₂-CN + 2H₂O → NH₃ + NH₂-CH₂-COOH (glycine)

Sa karagdagan, ang tubig at water at formaldehyde ay nagrereact sa pamamagitan ng Butlerov's reaction upang lumikha ng mga iba't ibang mga asukal tulad ng ribose. Ang mga eksperimentong ito ay nagpakitang ang mga simpleng kompuwestong organiko ng mga pantayong bloke ng mga protina at mga makromolekula ay mabubuo mula sa mga gaas na dinagdagan ng enerhiya.

Iba pang mga eksperimento

Ang eksperimentong Miller-Urey ay nagbigay inspirasyon sa maraming mga iba pang eksperimento. Noong 1961, natagapuan ni Joan Oró na ang nucleotide base adenine ay malilikha mula sa hydrogen cyanide (HCN) at ammonia sa isang solusyon ng tubig. Ang kanyang eksperimento ay lumikha ng malaking halaga ng adenine na mga molekulang nabuo mula sa 5 molekular ng HCN. Gayundin, maraming mga asidong amino ang nabubuo mula sa HCN at ammonia sa ilalim ng mga kondisyong ito. Ang mga kalaunang isinagawang eksperimento ay nagpakitang ang ibang mga RNA at DNA nucleobase ay matatamo sa pamamagitan ng ginayang kimikang prebiyotiko na may isang nagbabawas na atmospero.

Ang mas kamakailang mga eksperimento ng mga kimikong sina Jeffrey Bada at Jim Cleaves sa Scripps Institution of Oceanography ng University of California, San Diego (sa La Jolla, CA) ay katulad ng ginawa ni Miller. Gayunpaman, sa mga kasalukuyang modelo ng kondisyon ng maagang mundo ayon kay Bada, ang carbon dioxide at nitrogen (N₂) ay lumikha ng mga nitrite na sumira sa mga asidong amino. Gayunpaman, ang maagang mundo ay maaaring may mga malalaking halaga ng mga bakal at mga carbonate mineral na nagawang gawing neutral ang mga epekto ng mga nitrite. Nang isagawa ni Bada ang eksperimento na dinagdagan ng bakal at mga carbonate mineral, ang mga produkto ay mayaman sa mga asidong amino. Ito ay nagmumungkahi na ang pinagmulan ng malalaking mga halaga ng asidong amino ay nangyari sa mundo kahit sa may atmosperong naglalaman ng carbon dioxide at nitrogen.

Ang mga kondisyong katulad sa mga eksperimentong Miller-Urey ay umiiral rin sa ibang mga rehiyon ng sistemang solar na kadalasang naghahalili ng liwanag na ultraviolet para sa kidlat bilang pinagkunang enerhiya para sa mga reaksiyong kimikal. Ang Murchison meteorite na bumagsak sa Murchison, Victoria, Australia noong 1969 ay natagpuang naglamaman ng higit sa 90 iba ibang mga asidong amino. Ang 19 sa mga asidong amino ay matatagpuan sa buhay sa mundo. Ang maagang mundo ay mabigat na binobomba ng mga kometa at ito ay posibleng nagbigay ng mga organikong molekular kasama ng tubig at ibang mga volatile. Ito ay ginamit upang hanguin ang hipotesis na ang pinagmulan ng buhay ay mula sa labas ng mundo na tinawag na panspermia.