За това защо не можете да харесвате експериментите, за ползите от семинарите, благородството на научен лидер и появата на живи на фона на Студената война, разказваме в нашия раздел „История на науката“.
Стенли Милър е роден през 1930 г. в семейството на адвокат и учител. От детството момчето обичаше да чете, учи добре, обичаше природата, ходеше на походи с момчета скаути. Следвайки брат си, той влиза в Калифорнийския университет, също като него, за да учи химия. След като лесно преминава университетския курс, той се премества в Чикагския университет, който му предлага позиция като асистент (след смъртта на баща си той вече не може да си позволи просто да учи). Започна дълго и трудно търсене на тема за по-нататъшна работа, места, където да приложат своите знания и светъл ум.
Считайки експериментирането за „празно, отнемащо време и не много важно“ (или може би просто скъпо), Милър се обърна към теоретични проблеми. Един от професорите, чиято работа привлече вниманието на Милър, беше Едуард Телър, който изучаваше синтеза на химични елементи в звездите.
Но Стенли Милър, за когото говорим днес, е "роден" през есента на 1951 г., когато започва да посещава семинарите на професор Харолд Юри, вече по това време Нобелов лауреат (за откриването на деутерия). По това време Юри беше увлечен от космохимията, еволюцията на химичните елементи в звездите и планетите и направи предположение за състава на ранната атмосфера на Земята. Той вярваше, че синтезът на органични вещества е възможен в среди, подобни на атмосферата на древната земя. Тези идеи очароваха Милър (до такава степен, че той си спомни подробностите от лекциите десетилетия по-късно) и той продължи с изследванията си към Юри.
Харолд Юри
Wikimedia Commons
Така Милър се зае с проблем, който привлече много учени. Уилям Харви, Франческо Реди, Луи Пастьор, Лазаро Спаланцани, Якоб Берцелиус, Фридрих Вьолер спорят за това дали живи същества могат да възникнат от неживи (и това дори не е всичко, за което вече сме писали в Историята на науката).
Споровете не стихват дори през 20 век. Тук голям принос има нашият сънародник Александър Опарин. През 20-те години на миналия век той публикува статия „За произхода на живота“, в която излага своята теория за произхода на живите същества от „първоначалната супа“. Опарин предположи, че възникването на органични вещества е възможно в зони повишена концентрациявисокомолекулни съединения. Когато такива зони придобиват черупка, която частично ги отделя от околен свят, те се превърнаха в коацерватни капки - ключовата концепция на теорията на Опарин-Халдейн (приблизително по същото време подобни идеи бяха развити от британския биолог Джон Халдейн). Вътре в тези капки могат да се образуват прости органични вещества, последвани от сложни съединения: протеини, аминокиселини. абсорбиращи вещества от външна среда, капчиците могат да растат и да се разделят.
Но обратно към Милър. Отначало неговият ентусиазъм и желание да организира някакъв експеримент и да тества теорията първоначално не намери съчувствие у Юри: студентът не трябва да се изкачва в неизвестното, по-добре е да направи нещо по-просто. В крайна сметка професорът отстъпва, но дава на Милър една година. Няма да има резултати, темата ще трябва да се смени.
Милър се захвана за работа: той взе данните на Юри за състава на ранната атмосфера и предположи, че синтезът на съединенията, необходими за появата на живот, може да бъде стимулиран от електрически разряд (смята се, че мълнията не е необичайна на Земята дори през античност). Устройството се състоеше от две колби, свързани със стъклени тръби. В долната колба имаше течност, в горната - смес от газове: метан, амоняк и водород - и пара. Електродите също бяха свързани към горната колба, създавайки електрически разряд. На различни места тази система се нагрява и охлажда и веществото циркулира непрекъснато.
Експеримент на Милър - Юри
Wikimedia Commons
След седмица експериментът е спрян и колбата с охладената течност е извадена. Милър установи, че 10-15% от въглерода е преминал в органична форма. Използвайки хартиена хроматография, той забеляза следи от глицин (те се появиха още на втория ден от експеримента), алфа- и бета-аминопропионова киселина, аспарагинова и алфа-аминомаслена киселина.
Милър показа на Юри тези скромно звучащи, но толкова значими резултати (те доказаха възможността за появата на органика в условията на ранната Земя) и учените, макар и не безпроблемно, ги публикуваха в списание Science. Само Милър беше посочен сред авторите, иначе, страхуваше се Юри, цялото внимание щеше да отиде при него, нобеловия лауреат, а не към истинския автор на откритието.
Произходът на живота на Земята е една от най-вълнуващите мистерии съвременна наука. На въпроса защотози живот в крайна сметка е възникнал, отговорът очевидно трябва да отговорят астрофизиците. Химиците са в състояние да разкажат за процеса на естествен синтез на първите най-прости биогенни молекули.
Струва си да се каже, че хипотезите за първите стъпки на молекулите на живота на Земята се появяват редовно. Известно безпокойство процеси на самоорганизация, други експлоатират доста противоречиво естествени доказателстваи така нататък. Междувременно експериментът остава основното оръжие на учения от времето на Галилей.
Преди повече от половин век беше организиран експеримент за пресъздаване на земните условия, довели до синтеза на първите органични молекули, които в крайна сметка станаха градивните елементи на Вселената. Едва днес успяхме да научим за някои от резултатите му.
Публикацияв списание Science описва данни, които са убягнали на учените преди повече от 50 години.
Тогава Нобелов лауреатХаролд Юри, който получи престижна награда за откриването на тежка вода и по-късно се заинтересува от проблемите на космохимията, вдъхнови един от своите подопечни, Стенли Милър, с теорията за праисторическа абиотична супа, от която под въздействието на външни фактори са получени първите органични молекули.
Млад сътрудник от Чикагския университет, Стенли Милър, провежда известните си експерименти върху синтеза на биологични молекули. 1953 г // Архив на Катедрата по химия в Калифорнийския университет в Сан Диего
Според тогавашните представи земната атмосфера е много различна от сегашната. Съдържаше много метан и амоняк, водни пари и беше почти напълно лишен от кислород, което улесни достъпа на ултравиолетова радиация от Слънцето до повърхността на планетата. Освен това тогава вулканичната активност се прояви много по-ярко и гръмотевичните бури, придружени от най-силните електрически разряди, не бяха необичайни. Такива условия са най-подходящи за много реакции на органичен синтез, което накара учените да мислят за биогенното бъдеще на такива реакции.
За да пресъздаде такива реакции в лабораторията при условия, близки до тези, които са преобладавали на Земята преди милиарди години, Милър, работещ тогава в Чикагския университет, разработи оригинално химическо устройство. Състои се от голяма реакционна колба, съдържаща пари от метан, амоняк и водород, в която отдолу се инжектират горещи водни пари. Отгоре има волфрамови електроди, които генерират искров разряд. Чрез симулиране на условията на гръмотевична буря в близост до активен крайбрежен вулкан по този начин, Милър се надява да получи биологични молекули по време на синтеза.
След края на синтеза Милър успява да открие в реакционната колба пет аминокиселини - основните градивни елементи на всички протеини: аспарагинова киселина, глицин, алфа-аминомаслена киселина и два оптични изомера на аланина.
Две години по-късно Милър повтори експериментите си в преконфигуриран апарат. Един от тях включва използването на струйна помпа с дюза, която избутва наситена водна пара в реакционната колба. По този начин Милър се надява да направи експерименталните условия възможно най-близки до условията на подводно изригване на вулкан при гръмотевична буря. Третият апарат вместо искров разряд даде тлеещ. Ученият успя да покаже наличието на няколко допълнителни аминокиселини в сместа от реакционни продукти и също така демонстрира наличието на няколко допълнителни карбоксилни и хидрокси киселини.
В онези години обаче Милър трябваше да разчита на аналитично оборудване, което беше много примитивно по днешните стандарти. Затова той и група колеги повториха своите експерименти през 1972 г., използвайки много по-модерно оборудване. Вярно е, че по това време Милър извършва синтеза в устройство, разработено за публикуване през 1953 г., като се има предвид, че устройствата с дюза и тлеещ разряд не са особено продуктивни.
Устройството на Милър. Врящата вода (1) създава поток от пара, който се усилва от аспираторната дюза (вложка), искра, която прескача между два електрода (2), започва набор от химически трансформации, хладилник (3) охлажда потока от водна пара, съдържащ реакционни продукти, които се утаяват в капан (4).// Нед Шоу, Университет на Индиана.
Стенли Милър почина на 20 май 2007 г. Докато преглеждаха дневниците и архивите му, близки и колеги откриха записи, свързани с творчеството от 50-те години, както и няколко бутилки с подписи.
Подписите показват, че съдържанието на колбите не е нищо друго освен продукти на синтеза в апарата на Милър, запазени от автора неприкосновени.
Те се заинтересуваха от Джефри Бада, възпитаник на Милърското училище по химия, сега също възрастен човек, работещ в Института по океанология към Калифорнийския университет в Сан Диего.
Според непубликувани досега бележки на Милър, синтезът в апарат с дюза дава малко по-висок добив на продукти. Именно тези проби заинтересуваха Баду и колегите му, авторите на скорошна публикация, които имаха на разположение най-модерните инструментални методи.
За да изследват отново състава на продуктите на синтеза, учените разтвориха съдържанието на колбите в двойно дестилирана дейонизирана вода и извършиха високоефективна течна хроматография, резултатите от която бяха анализирани на масспектрометър с детектор, който записва времето на летене на йонизираните частици. Този метод на анализ дава възможност да се идентифицират компонентите на сместа дори в субпикомоларни концентрации (по-малко от 10-12 mol на литър).
Оказа се, че сместа от продукти съдържа изобщо не пет аминокиселини, а цели двадесет и две! Плюс пет аминови молекули, които Милър просто не можа да идентифицира преди половин век.
След като изследваха останалите колби по подобен начин, учените бяха убедени, че в резултат на тези експерименти наборът от продукти за синтез е по-малко разнообразен.
Днес обаче геохимиците твърдят, че атмосферата на Земята никога не е била същата, както се е смятало преди 50 години. Той беше по-малко основен и по-малко възстановяващ, така че експериментите на Милър не могат да се разчитат като доказателство за теорията за абиотичната супа. В същото време авторите на публикацията са сигурни, че ако не е имало подходящи условия на цялата Земя, те несъмнено е трябвало да придружават поне точкови вулканични изригвания, чиято продължителност преди милиарди години е направила възможно присъединяването синтеза на първите органични молекули и гръмотевични бури. Тези молекули могат да се съберат в лагуните на вулканичните острови, където морският прилив и слънчевата ултравиолетова светлина са свършили работата по кондензиране на алдехиди, кетони и други молекули в дълги полимерни вериги.
Популярността на теорията за древната абиотична супа във връзка с работата на Милър дори й позволи да влезе в училищния курс по естествена история, но съвременните доказателства сочат, че животът първоначално не е възникнал на повърхността на планетата. Променливите условия тук бяха твърде екстремни дори за живот, въпреки всичко, което се зароди в малки вулканични острови на стабилност, за да се разпространи, развие в съвременни форми.
Истинската стабилност по това време е съществувала само на дъното на океана, където в зоните на средноокеанските хребети топлината на вътрешността на Земята бавно подхранва основните химични реакции.
Средноокеанските хребети бяха открити почти едновременно с експериментите на Милър и тяхното подробно проучване като цяло е постижението на последните десет до двадесет години, което направи възможно изследването на морското дъно с помощта на дълбоководни пилотирани превозни средства. Ако такива устройства се появиха тридесет години по-рано, теорията за абиотичната супа можеше изобщо да не е представена.
Експериментите на Милър тепърва ще се повтарят при условия, които повече напомнят съвременните представи за далечното минало на Земята. И е възможно някои от настоящите студенти по химия да станат не по-малко известни от Стенли Милър.
ВНИМАНИЕ!!! ТОЗИ МАТЕРИАЛ Е РЕВИЗИРАН, ДОБАВЕН И ВКЛЮЧЕН В КНИГАТА „Сътворение или еволюция? На колко години е Земята? МОЛЯ, ОТИДЕТЕ НА СТРАНИЦАТА, ЗА ДА ПРОЧЕТЕТЕ -->
В средата на миналия век Стенли Милър, учен от Чикагския университет, се опита в лабораторията да пресъздаде бульона, който според него е бил на Земята преди раждането на живота на нея. Той смесва водна пара, амоняк, метан в колба и пропуска електричество през тази среда. В резултат на това са получени 3 вида аминокиселини от 20, които са съставните елементи на протеина (протеина) на жив организъм. Така експериментално, както се твърди, е доказан фактът на случайния произход на живота. Този експеримент обаче има няколко съществени недостатъка, които, макар и да не се рекламират, се признават от самите поддръжници на еволюцията: 1. амонякът не може да бъде на Земята в такова количество, тъй като този газ се унищожава под въздействието на ултравиолетовата слънчева светлина; 2. метан не е открит в древния седиментен двуалуминиев оксид; 3. Ученият незабавно изолира получените по време на експеримента аминокиселини от по-нататъшно излагане на електрически разряди, тъй като знаеше, че токът отново ще разруши получените връзки. Но в природата гръмотевичните бури, за които се твърди, че са помогнали за създаването на аминокиселини, не спират, което означава, че те винаги незабавно унищожават това, което са създали; 4. Получените аминокиселини дори теоретично не могат да образуват живот, тъй като в резултат на експеримента са получени аминокиселини с лява и дясна спирала. Но протеинът се състои от сложна верига от леви аминокиселини, които трудно се комбинират в едно цяло, но лесно се разрушават. Наличието на поне една аминокиселина с правилната спирала унищожава всичко, създадено по-рано; 5. кислородът не беше взет под внимание, въпреки че днес геолозите намират окислени камъни на голяма дълбочина, което доказва постоянното присъствие на кислород в земната атмосфера. Кислородът, присъстващ в тази атмосфера, ще унищожи елементите на веществото, което ученият е получил. Така първичната атмосфера в експеримента на Милър е фиктивна. След години на мълчание самият Милър призна, че носителят, който е използвал в опита си, не е реален. Защо Милър навремето настояваше за тази газова смес? Отговорът е прост: без амоняк синтезът на аминокиселини е невъзможен.
Радиовъглеродният метод е грешен
Магнитното поле на Земята отслабва
"Пробити" слоеве
Ерозия на почвата на начално ниво
Луната е на по-малко от 10 000 години
Нарастването на населението съответства на библейската възраст на Земята
Луна близо до Земята
Ледените пръстени не показват години
Кораловият риф расте от по-малко от 5000 години
Динозаврите са надеждни свидетели
Всички хора са произлезли от една и съща двойка
Цивилизации и писменост на по-малко от 5000 години
Слоевете на Земята нямат собствена датировка. Геоложки слоеве. Геоложки мащаб
Липса на научни доказателства. Кент Ховинд
Курамшин А.И.
("HiZh", 2017, № 7)
„Светият Граал“ на химиците и биолозите е мистерията за произхода на живота на Земята. Има много хипотези за това, но най-хармоничната все още се счита за хипотезата на абиогенезата, според която „веществата на живота“ са се образували в резултат на сложна каскада химична реакцияотносително прости вещества в условията на млада Земя. Сериозен аргумент в негова полза беше известният експеримент на Милър-Юри, при който аминокиселините, които изграждат протеините, бяха получени от предполагаемите компоненти на пребиотичната земна атмосфера. След 65 години изследователи от Чешката република показаха, че азотните бази на РНК също могат да се образуват при подобни условия (Сборник на Националната академия на науките САЩ, 2017, 114, 17, 4306-4311, doi: 10.1073/pnas.1700010114 ).
През 1952 г. химиците Стенли Милър и Харолд Юри провеждат това, което се е превърнало в класически експеримент - те симулират процесите, които могат да протичат в атмосферата на древната Земя, за да тестват възможността за абиогенеза. Нагрята газова смес от вода, метан, амоняк, въглероден окис и водород, изолирана в стъклена колба, беше подложена на електрически разряди, като от време на време доставяше свежи порции водна пара. В този режим реакцията се провежда за около седмица.
Анализирайки получения разтвор, Милър и Юри недвусмислено идентифицират аминокиселините глицин, α-аланин и β-аланин в него, а също така получават доказателства за образуването на други аминокиселини, които изграждат съвременните протеини. Десетилетия по-късно, когато повече от мощни уреди, в същия този разтвор (за щастие през цялото това време се съхраняваше в запечатана ампула в бюрото на Юри, а след смъртта му – притежание на неговия ученик) откри 18 от 20 протеиногенни аминокиселини. Останалите две, цистеин и метионин, се провалиха просто защото нямаше източник на сяра в първоначалните експерименти на Милър и Юри.
Въпреки че тези резултати винаги са били считани за силен аргумент в полза на концепцията за абиогенезата, има критики. Основните твърдения на критиците: когато симулираха атмосферата на ранната Земя, изследователите взеха газова смес с твърде значителни редуциращи способности, освен това аминокиселини за появата на живот
не е достатъчно, имаме нужда от повече нуклеотиди.
Оттогава са проведени много експерименти, при които е възможно да се получат както азотни бази, така и нуклеотиди от относително прости молекули (за повече подробности вижте. ). Служители на Института по физикохимия на Академията на науките на Чешката република, работещи под ръководството на Svätopluk Civish, решиха да възпроизведат добрия стар експеримент, като леко промениха условията му. Много неща в новата версия останаха същите - редуциращата газова смес от NH 3, СО и Н2 О, електрически импулси. Изследователите обаче добавиха облъчване на системата с мощен лазер - според тях това трябваше да симулира плазмени разряди в земната атмосфера, възникнали поради ударни вълни, причинени от големи метеорити, редовно падащи на Земята. В резултат те успяха да получат не само аминокиселини, но и всички азотни основи на рибонуклеиновите киселини.
Реакциите, протичащи в експеримента, са описани от авторите по следния начин. Формамид HC(O)NH 2
и циановодород HCN, които след това, взаимодействайки, дават азотната основа гуанин. Други канонични азотни бази - урацил, цитозин и аденин - са образувани в количества, по-скромни от гуанина, но тяхното присъствие също е потвърдено. Реакционните продукти също съдържат урея и аминокиселини.
Изследователите подчертават, че техният експеримент не се стреми да опровергае алтернативните хипотези за абиогенезата, а да покаже, че компонентите на РНК могат да се образуват по различни начини.
"Биохимична еволюция на Опарин" - 2) Образуване в първичните резервоари на Земята от натрупаните органични съединения на биополимери, липиди, въглеводороди. Същността на хипотезата се свеждаше до следното... Произходът на живота на Земята е дълъг еволюционен процес на формиране на жива материя в дълбините на неживата материя. 1) Синтез на първоначални органични съединения от неорганични вещества в условията на първичната атмосфера на първобитната Земя. Теорията на Опарин. 1894-1980.
"Хипотезата на Опарин" - биография. Хипотезата за спонтанния произход на живота. Хипотезата за биохимичната еволюция. Хипотеза за произхода на живота на Земята А. И. Опарина. Съсиреци, наречени коацерватни капки. Биография на А. И. Опарин. английски биолог. Александър Иванович Опарин. Концепция. Жива клетка. теория за произхода на живота на земята. Инсталация от Стенли Милър. Образуване на земната атмосфера. Етапи от възникването на живота на Земята.
„Теории за биогенезата и абиогенезата” – Липса на живи организми. Теория на спонтанното зараждане. Разцветът на класическата доктрина за спонтанното зараждане. Теория на спонтанното зараждане. Червеи. Етапи от възникването на живота на Земята. Аминокиселини. Теория на биохимичната еволюция. Привърженици на теорията за панспермията. Креационизъм. Теории за биогенезата и абиогенезата за произхода на живата материя. Демокрит. Английският биохимик и генетик Джон Халдейн. Опишете биохимичния етап от химическата еволюция.
"Химическа еволюция" - Хипотезата за панспермията. Извънземен произход на микроорганизмите. Хипотезата за спонтанното зараждане. Геохронология. Известни са около 8 милиона. химични съединения. Геоложката история на Земята е неделима от нейната биологична еволюция. Химическа еволюция и биогенеза. Геоложки мащаб. Протозвезда - Слънце. Слънцето стопли вътрешността. Радиоактивност. руски химикА.П. Руденко. С увеличаването на атомния номер разпространението на елементите намалява.
„Теория на биохимичната еволюция“ – Животът е създаден от свръхестествено същество. Образуването на мембранна структура. Хипотезата за биохимичната еволюция. Хипотеза, която разглежда живота като резултат от дълга еволюция. Третият етап се характеризира с изолация. Концентрацията на веществата в коацервата пада. Молекули на много вещества. прости молекули. Първите примитивни живи организми. Дълги нишковидни молекули. "Първичен бульон". Една от основните характеристики на живите същества е способността за репликация.
"Хипотеза за биохимичната еволюция" - Процесът, довел до появата на живота на Земята. Произход на живота на земята. Първичен бульон. Милър, Стенли Лойд. Теория на Опарин-Халдейн. Експеримент на Милър-Юри. Различни аспекти. условия за възникване на живота. Хипотеза на А. И. Опарин. Коацерват капки.
