MILLER EN UREY EXPERIMENT: BESCHRIJVING EN BELANG - BIOLOGIE - 2026

Het Miller en Urey-experiment bestaat uit de productie van organische moleculen met eenvoudiger anorganische moleculen als uitgangsmateriaal onder bepaalde voorwaarden. Het doel van het experiment was om de oeroude omstandigheden van planeet Aarde na te bootsen.

De bedoeling van deze recreatie was om de mogelijke oorsprong van de biomoleculen te verifiëren. De simulatie zorgde inderdaad voor de productie van moleculen - zoals aminozuren en nucleïnezuren - die essentieel zijn voor levende organismen.

Voordat Miller en Urey: historisch perspectief

De verklaring van de oorsprong van het leven is altijd een intensief bediscussieerd en controversieel onderwerp geweest. Tijdens de Renaissance geloofde men dat het leven plotseling en uit het niets ontstond. Deze hypothese staat bekend als spontane generatie.

Later begon het kritische denken van de wetenschappers te ontkiemen en werd de hypothese verworpen. De vraag die in het begin werd gesteld, bleef echter onduidelijk.

In de jaren twintig gebruikten wetenschappers van die tijd de term "oersoep" om een ​​hypothetische oceanische omgeving te beschrijven waarin waarschijnlijk leven is ontstaan.

Het probleem was het voorstellen van een logische oorsprong van de biomoleculen die leven mogelijk maken (koolhydraten, eiwitten, lipiden en nucleïnezuren) uit anorganische moleculen.

Al in de jaren vijftig, voorafgaand aan de Miller- en Urey-experimenten, slaagde een groep wetenschappers erin mierenzuur te synthetiseren uit kooldioxide. Deze formidabele ontdekking werd gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Science.

Waaruit bestond het?

In 1952 ontwierpen Stanley Miller en Harold Urey een experimenteel protocol om een ​​primitieve omgeving te simuleren in een ingenieus systeem van glazen buizen en elektroden van hun eigen constructie.

Het systeem bestond uit een kolf met water, analoog aan de primitieve oceaan. Aan die kolf was een andere verbonden met de componenten van de veronderstelde prebiotische omgeving.

Miller en Urey gebruikt de volgende verhoudingen te herscheppen: 200 mmHg methaan (CH ₄ ), 100 mmHg waterstof (H ₂ ) 200 mmHg ammoniak (NH ₃ ) en 200 ml water (H ₂ O).

Het systeem had ook een condensor, wiens taak het was om de gassen te koelen zoals regen normaal zou doen. Evenzo hebben ze twee elektroden geïntegreerd die hoge spanningen kunnen produceren, met als doel zeer reactieve moleculen te creëren die de vorming van complexe moleculen zouden bevorderen.

Deze vonken probeerden mogelijke bliksemschichten en bliksem uit de prebiotische omgeving te simuleren. Het apparaat eindigde in een "U" -vormig deel waardoor de stoom niet in de omgekeerde richting kon bewegen.

Het experiment kreeg een week lang elektrische schokken, terwijl het water werd verwarmd. Het verwarmingsproces simuleerde zonne-energie.

Resultaten

De eerste dagen was het experimentmengsel helemaal schoon. In de loop van de dagen begon het mengsel een roodachtige kleur aan te nemen. Aan het einde van het experiment kreeg deze vloeistof een intens rode, bijna bruine kleur en nam de viscositeit aanzienlijk toe.

Het experiment bereikte zijn hoofddoel en complexe organische moleculen werden gegenereerd uit de hypothetische componenten van de vroege atmosfeer (methaan, ammoniak, waterstof en waterdamp).

De onderzoekers konden sporen van aminozuren identificeren, zoals glycine, alanine, asparaginezuur en amino-n-boterzuur, de belangrijkste componenten van eiwitten.

Het succes van dit experiment heeft ertoe bijgedragen dat andere onderzoekers de oorsprong van organische moleculen bleven onderzoeken. Door aanpassingen aan het Miller- en Urey-protocol toe te voegen, werden de twintig bekende aminozuren opnieuw gemaakt.

Er zouden ook nucleotiden kunnen worden gegenereerd, de fundamentele bouwstenen van genetisch materiaal: DNA (deoxyribonucleïnezuur) en RNA (ribonucleïnezuur).

Belang

Het experiment slaagde erin om het uiterlijk van organische moleculen experimenteel te verifiëren en stelt een vrij aantrekkelijk scenario voor om de mogelijke oorsprong van leven te verklaren.

Er ontstaat echter een inherent dilemma, aangezien het DNA-molecuul nodig is voor de synthese van eiwitten en RNA. Laten we niet vergeten dat het centrale dogma van de biologie voorstelt dat DNA wordt getranscribeerd naar RNA en dit wordt getranscribeerd naar eiwitten (er zijn bekende uitzonderingen op deze premisse, zoals retrovirussen).

Dus hoe worden deze biomoleculen gevormd uit hun monomeren (aminozuren en nucleotiden) zonder de aanwezigheid van DNA?

Gelukkig heeft de ontdekking van ribozymen deze schijnbare paradox kunnen verhelderen. Deze moleculen zijn katalytische RNA's. Dit lost het probleem op, aangezien hetzelfde molecuul genetische informatie kan katalyseren en dragen. Daarom is er de hypothese van de primitieve RNA-wereld.

Hetzelfde RNA kan zichzelf repliceren en deelnemen aan de vorming van eiwitten. DNA kan op een secundaire manier komen en worden geselecteerd als een overervingsmolecuul boven RNA.

Dit feit kan om verschillende redenen voorkomen, voornamelijk omdat DNA minder reactief en stabieler is dan RNA.

Conclusies

De belangrijkste conclusie van dit experimentele ontwerp kan worden samengevat met de volgende stelling: complexe organische moleculen kunnen hun oorsprong hebben in eenvoudigere anorganische moleculen, als ze worden blootgesteld aan de omstandigheden van de veronderstelde primitieve atmosfeer, zoals hoge spanningen, ultraviolette straling en lage zuurstofgehalte.

Bovendien werden enkele anorganische moleculen gevonden die ideale kandidaten zijn voor de vorming van bepaalde aminozuren en nucleotiden.

Het experiment stelt ons in staat te observeren hoe de bouwstenen van levende organismen hadden kunnen zijn, ervan uitgaande dat de primitieve omgeving conform de beschreven conclusies was.

Het is zeer waarschijnlijk dat de wereld vóór het verschijnen van het leven meer talrijke en complexe componenten had dan die welke door Miller werden gebruikt.

Hoewel het onwaarschijnlijk lijkt om de oorsprong van leven voor te stellen vanuit zulke eenvoudige moleculen, was Miller in staat om het te verifiëren met een subtiel en ingenieus experiment.

Kritiek op het experiment

Er zijn nog steeds debatten en controverses over de resultaten van dit experiment en over het ontstaan ​​van de eerste cellen.

Momenteel wordt aangenomen dat de componenten die Miller gebruikte om de primitieve atmosfeer te vormen niet overeenkwamen met de realiteit ervan. Een modernere kijk geeft vulkanen een belangrijke rol en stelt voor dat de gassen die deze structuren produceren mineralen produceren.

Een belangrijk punt van het experiment van Miller is ook in twijfel getrokken. Sommige onderzoekers denken dat de atmosfeer weinig invloed heeft gehad op het ontstaan ​​van levende organismen.

Referenties

1. Bada, JL en Cleaves, HJ (2015). Ab initio-simulaties en het Miller-prebiotische synthese-experiment. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112 (4), E342-E342.
2. Campbell, NA (2001). Biologie: concepten en relaties. Pearson Education.
3. Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S.,… & Cronin, L. (2017). Miller - Urey Spark-Discharge Experiments in the Deuterium World. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194.
4. Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… & Fernández, FM (2014). Miller-Urey-experimenten uitvoeren. Journal of visualized experimenten: JoVE, (83).
5. Sadava, D., en Purves, WH (2009). Life: The Science of Biology. Panamerican Medical Ed.