- ก่อนมิลเลอร์และอูเรย์: มุมมองทางประวัติศาสตร์
- มันประกอบด้วยอะไร?
- ผล
- ความสำคัญ
- สรุปผลการวิจัย
- คำติชมของการทดลอง
- อ้างอิง
การทดลองของมิลเลอร์และอูเรย์ประกอบด้วยการผลิตโมเลกุลอินทรีย์โดยใช้โมเลกุลอนินทรีย์ที่เรียบง่ายกว่าเป็นวัสดุเริ่มต้นภายใต้เงื่อนไขบางประการ วัตถุประสงค์ของการทดลองคือเพื่อสร้างสภาพโบราณของดาวเคราะห์โลกขึ้นใหม่
ความตั้งใจของการพักผ่อนหย่อนใจดังกล่าวคือการตรวจสอบที่มาที่เป็นไปได้ของสารชีวโมเลกุล อันที่จริงการจำลองทำให้เกิดการผลิตโมเลกุลเช่นกรดอะมิโนและกรดนิวคลีอิกซึ่งจำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิต
ก่อนมิลเลอร์และอูเรย์: มุมมองทางประวัติศาสตร์
คำอธิบายเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตเป็นหัวข้อที่ถกเถียงและถกเถียงกันอย่างเข้มข้น ในช่วงยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาเชื่อกันว่าชีวิตเกิดขึ้นอย่างกะทันหันและไม่มีที่ไหนเลย สมมติฐานนี้เรียกว่าการสร้างขึ้นเอง
ต่อมาความคิดเชิงวิพากษ์ของนักวิทยาศาสตร์เริ่มงอกขึ้นและสมมติฐานก็ถูกทิ้งไป อย่างไรก็ตามคำถามที่เกิดขึ้นในตอนแรกยังไม่ชัดเจน
ในช่วงทศวรรษที่ 1920 นักวิทยาศาสตร์ในยุคนั้นใช้คำว่า "ซุปดึกดำบรรพ์" เพื่ออธิบายสภาพแวดล้อมทางมหาสมุทรที่สมมุติขึ้นซึ่งสิ่งมีชีวิตอาจกำเนิดขึ้น
ปัญหาคือการเสนอต้นกำเนิดเชิงตรรกะของชีวโมเลกุลที่ทำให้ชีวิตเป็นไปได้ (คาร์โบไฮเดรตโปรตีนไขมันและกรดนิวคลีอิก) จากโมเลกุลของอนินทรีย์
ในช่วงทศวรรษ 1950 ก่อนการทดลองของมิลเลอร์และอูเรย์นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์กรดฟอร์มิกจากคาร์บอนไดออกไซด์ การค้นพบที่น่าสะพรึงกลัวนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science อันทรงเกียรติ
มันประกอบด้วยอะไร?
ภายในปีพ. ศ. 2495 Stanley Miller และ Harold Urey ได้ออกแบบโปรโตคอลการทดลองเพื่อจำลองสภาพแวดล้อมแบบดั้งเดิมในระบบหลอดแก้วและอิเล็กโทรดที่สร้างขึ้นเอง
ระบบประกอบด้วยขวดน้ำคล้ายกับมหาสมุทรดึกดำบรรพ์ การเชื่อมต่อกับขวดนั้นเป็นอีกสิ่งหนึ่งที่มีส่วนประกอบของสภาพแวดล้อมพรีไบโอติกที่ควรจะเป็น
มิลเลอร์และอูเรย์ใช้อัตราส่วนต่อไปนี้เพื่อสร้างมันขึ้นมาใหม่: มีเธน 200 mmHg (CH 4 ), ไฮโดรเจน 100 mmHg (H 2 ), แอมโมเนีย 200 mmHg (NH 3 ) และน้ำ 200 มล. (H 2 O)
ระบบยังมีคอนเดนเซอร์ซึ่งมีหน้าที่ในการทำให้ก๊าซเย็นลงเมื่อฝนตกตามปกติ ในทำนองเดียวกันพวกเขารวมสองขั้วไฟฟ้าที่สามารถผลิตแรงดันไฟฟ้าสูงโดยมีจุดประสงค์เพื่อสร้างโมเลกุลที่มีปฏิกิริยาสูงซึ่งจะส่งเสริมการก่อตัวของโมเลกุลที่ซับซ้อน
ประกายไฟเหล่านี้พยายามจำลองสายฟ้าและสายฟ้าที่เป็นไปได้จากสภาพแวดล้อมพรีไบโอติก อุปกรณ์ดังกล่าวสิ้นสุดในส่วนรูปตัว“ U” ซึ่งป้องกันไม่ให้ไอน้ำเคลื่อนที่ในทิศทางย้อนกลับ
การทดลองได้รับไฟฟ้าช็อตเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์ในเวลาเดียวกันกับที่น้ำอุ่น กระบวนการทำความร้อนจำลองพลังงานแสงอาทิตย์
ผล
วันแรกส่วนผสมของการทดลองสะอาดหมดจด หลายวันส่วนผสมเริ่มมีสีแดง ในตอนท้ายของการทดลองของเหลวนี้มีสีแดงเข้มเกือบน้ำตาลและความหนืดเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด
การทดลองบรรลุวัตถุประสงค์หลักและโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนถูกสร้างขึ้นจากส่วนประกอบสมมุติของบรรยากาศยุคแรก (มีเทนแอมโมเนียไฮโดรเจนและไอน้ำ)
นักวิจัยสามารถระบุร่องรอยของกรดอะมิโนเช่นไกลซีนอะลานีนกรดแอสปาร์ติกและกรดอะมิโน - เอ็น - บิวริกซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของโปรตีน
ความสำเร็จของการทดลองนี้ทำให้นักวิจัยคนอื่น ๆ ทำการสำรวจต้นกำเนิดของโมเลกุลอินทรีย์ต่อไป ด้วยการเพิ่มการปรับเปลี่ยนโปรโตคอลมิลเลอร์และยูเรย์กรดอะมิโนที่รู้จักกันยี่สิบชนิดได้ถูกสร้างขึ้นใหม่
นอกจากนี้ยังสามารถสร้างนิวคลีโอไทด์ซึ่งเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของสารพันธุกรรม: DNA (กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก) และอาร์เอ็นเอ (กรดไรโบนิวคลีอิก)
ความสำคัญ
การทดลองได้ทำการทดลองเพื่อตรวจสอบการปรากฏตัวของโมเลกุลอินทรีย์และเสนอสถานการณ์ที่น่าสนใจมากเพื่ออธิบายที่มาของสิ่งมีชีวิตที่เป็นไปได้
อย่างไรก็ตามภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกโดยธรรมชาติถูกสร้างขึ้นเนื่องจากโมเลกุลของดีเอ็นเอจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนและอาร์เอ็นเอ ขอให้เราจำไว้ว่าหลักความเชื่อทางชีววิทยาเสนอว่า DNA ถูกถ่ายทอดเป็น RNA และสิ่งนี้จะถูกถ่ายทอดเป็นโปรตีน (มีข้อยกเว้นที่ทราบกันดีสำหรับหลักฐานนี้เช่นรีโทรไวรัส)
แล้วชีวโมเลกุลเหล่านี้เกิดขึ้นจากโมโนเมอร์ (กรดอะมิโนและนิวคลีโอไทด์) โดยไม่มี DNA ได้อย่างไร?
โชคดีที่การค้นพบริโบไซม์สามารถชี้แจงความขัดแย้งที่ชัดเจนนี้ได้ โมเลกุลเหล่านี้เป็น RNA ที่เร่งปฏิกิริยา วิธีนี้ช่วยแก้ปัญหาได้เนื่องจากโมเลกุลเดียวกันสามารถกระตุ้นและนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปได้ นี่คือเหตุผลที่สมมติฐานโลก RNA ดั้งเดิมมีอยู่
RNA เดียวกันสามารถจำลองตัวเองและมีส่วนร่วมในการสร้างโปรตีน DNA สามารถมาในลักษณะทุติยภูมิและถูกเลือกให้เป็นโมเลกุลของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมเหนือ RNA
ข้อเท็จจริงนี้อาจเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุส่วนใหญ่เป็นเพราะ DNA มีปฏิกิริยาน้อยกว่าและมีความเสถียรมากกว่า RNA
สรุปผลการวิจัย
ข้อสรุปหลักของการออกแบบการทดลองนี้สามารถสรุปได้ด้วยข้อความต่อไปนี้: โมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนอาจมีต้นกำเนิดจากโมเลกุลอนินทรีย์ที่เรียบง่ายกว่าถ้าพวกมันสัมผัสกับสภาพของบรรยากาศดั้งเดิมที่ควรจะเป็นเช่นแรงดันไฟฟ้าสูงรังสีอัลตราไวโอเลตและต่ำ ปริมาณออกซิเจน
นอกจากนี้ยังพบโมเลกุลอนินทรีย์บางชนิดที่เหมาะสำหรับการสร้างกรดอะมิโนและนิวคลีโอไทด์บางชนิด
การทดลองช่วยให้เราสามารถสังเกตได้ว่าโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตเป็นไปได้อย่างไรโดยสมมติว่าสภาพแวดล้อมดั้งเดิมเป็นไปตามข้อสรุปที่อธิบายไว้
เป็นไปได้มากว่าโลกก่อนการปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิตจะมีส่วนประกอบที่ซับซ้อนและหลากหลายมากกว่าที่มิลเลอร์ใช้
แม้ว่าจะดูเหมือนไม่น่าเป็นไปได้ที่จะเสนอจุดกำเนิดของชีวิตโดยเริ่มจากโมเลกุลธรรมดา ๆ เช่นนี้ แต่มิลเลอร์ก็สามารถตรวจสอบได้ด้วยการทดลองที่ละเอียดอ่อนและแยบยล
คำติชมของการทดลอง
ยังคงมีข้อถกเถียงและข้อถกเถียงเกี่ยวกับผลการทดลองนี้และเซลล์แรกเกิดขึ้นได้อย่างไร
ปัจจุบันเชื่อกันว่าส่วนประกอบที่มิลเลอร์ใช้สร้างบรรยากาศดั้งเดิมไม่ตรงกับความเป็นจริงของมัน มุมมองที่ทันสมัยกว่าทำให้ภูเขาไฟมีบทบาทสำคัญและเสนอว่าก๊าซที่โครงสร้างเหล่านี้ผลิตแร่ธาตุ
ประเด็นสำคัญของการทดลองของมิลเลอร์ก็ถูกตั้งคำถามเช่นกัน นักวิจัยบางคนคิดว่าบรรยากาศมีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อการสร้างสิ่งมีชีวิต
อ้างอิง
- Bada, JL, & Cleaves, HJ (2015). การจำลอง Ab initio และการทดลองสังเคราะห์พรีไบโอติกของมิลเลอร์ การดำเนินการของ National Academy of Sciences, 112 (4), E342-E342
- แคมป์เบล, NA (2544). ชีววิทยา: แนวคิดและความสัมพันธ์ การศึกษาของเพียร์สัน.
- Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J. , Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S. , … & Cronin, L. (2017) Miller - Urey Spark-Discharge Experiments ใน Deuterium World Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194
- Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M. , … & Fernández, FM (2014) ทำการทดลองของ Miller-Urey วารสารการทดลองที่แสดงภาพ: JoVE, (83)
- Sadava, D. , & Purves, WH (2009). ชีวิต: วิทยาศาสตร์แห่งชีววิทยา Panamerican Medical Ed.