Das Experiment von Miller und Urey (oder Urey-Müller-Experiment) waren ein Experiment, das hypothetischen Bedingungsgedanken zurzeit vorgetäuscht hat, um auf der frühen Erde, und geprüft für das Ereignis von chemischen Ursprüngen des Lebens da zu sein. Spezifisch hat das Experiment die Hypothese von Alexander Oparin und J. B. S. Haldanes geprüft, dass Bedingungen auf der primitiven Erde chemische Reaktionen bevorzugt haben, die organische Zusammensetzungen von anorganischen Vorgängern synthetisiert haben. Betrachtet, das klassische Experiment auf dem Ursprung des Lebens zu sein, wurde es 1952 geführt und 1953 von Stanley Miller und Harold Urey an der Universität Chicagos veröffentlicht.

Nach dem Tod von Miller 2007 sind Wissenschaftler, die gesiegelte vor den ursprünglichen Experimenten bewahrte Fläschchen untersuchen, im Stande gewesen zu zeigen, dass es wirklich gut mehr als 20 verschiedene in den ursprünglichen Experimenten von Miller erzeugte Aminosäuren gab. Das ist beträchtlich mehr als, was Miller ursprünglich, und mehr gemeldet hat als die 20, die natürlich im Leben vorkommen. Außerdem weisen einige Beweise darauf hin, dass die ursprüngliche Atmosphäre der Erde eine verschiedene Zusammensetzung gehabt haben könnte als das im Experiment des Müllers-Urey verwendete Benzin. Es gibt reichliche Beweise von vulkanischen Hauptausbrüchen vor 4 Milliarden Jahren, die Kohlendioxyd, Stickstoff, Wasserstoffsulfid (HS) und Schwefel-Dioxyd (SO) in die Atmosphäre veröffentlicht hätten. Experimente mit diesem Benzin zusätzlich zu denjenigen im ursprünglichen Experiment des Müllers-Urey haben verschiedenere Moleküle erzeugt.

Experiment

Das Experiment hat Wasser (HO), Methan (CH), Ammoniak (NH) und Wasserstoff (H) verwendet. Die Chemikalien wurden alle innerhalb einer sterilen Reihe von Glastuben und Taschenflaschen gesiegelt, die in einer Schleife mit einer Taschenflasche verbunden sind, die von flüssigem Wasser und einer anderen Taschenflasche halb voll ist, die ein Paar von Elektroden enthält. Das flüssige Wasser wurde geheizt, um Eindampfung zu veranlassen, Funken wurden zwischen den Elektroden angezündet, um Blitz durch die Atmosphäre und den Wasserdampf vorzutäuschen, und dann wurde die Atmosphäre wieder abgekühlt, so dass sich das Wasser verdichten und zurück in die erste Taschenflasche in einem dauernden Zyklus tröpfeln konnte.

Innerhalb eines Tages war die Mischung rosa in der Farbe, und am Ende einer Woche der dauernden Operation geworden, Miller und Urey haben bemerkt, dass nicht weniger als 10-15 % des Kohlenstoff innerhalb des Systems jetzt in der Form von organischen Zusammensetzungen waren. Zwei Prozent des Kohlenstoff hatten Aminosäuren gebildet, die verwendet werden, um Proteine in lebenden Zellen mit glycine als das reichlichste zu machen. Zucker und lipids wurden auch gebildet. Nukleinsäuren wurden innerhalb der Reaktion nicht gebildet. Aber die allgemeinen 20 Aminosäuren wurden in verschiedenen Konzentrationen gebildet.

In einem Interview hat Stanley Miller festgesetzt: "Gerade wird das Anmachen des Funkens in einem grundlegenden Pre-Biotic-Experiment 11 aus 20 Aminosäuren tragen."

Wie beobachtet, in allen nachfolgenden Experimenten, sowohl linkshändig (L) als auch rechtshändiger (D) optischer isomers wurden in einer racemic Mischung geschaffen. In biologischen Systemen sind die meisten Zusammensetzungen non-racemic oder homochiral.

Das ursprüngliche Experiment bleibt heute unter der Vorsicht Millers und ehemaligen Studentenprofessors von Urey Jeffrey Bada an der Universität Kaliforniens, San Diegos, Scripps Einrichtung der Meereskunde.

Chemie des Experimentes

Schrittweise Reaktionen unter den Mischungsbestandteilen können Wasserstoffzyanid (HCN), formaldehyde (CHO), und andere aktive Zwischenzusammensetzungen (Acetylen, cyanoacetylene, usw.) erzeugen:

: CO → CO + [O] (Atomsauerstoff)

: CH + 2 [O] → CHO + HO

: CO + NH → HCN + HO

: CH + NH → HCN + 3H (BMA Prozess)

Der formaldehyde, das Ammoniak und HCN reagieren dann durch die Synthese von Strecker, um Aminosäuren und anderen biomolecules zu bilden:

: CHO + HCN + NH → NH-CH-CN + HO

: NH-CH-CN + 2HO → NH + NH-CH-COOH (glycine)

Außerdem können Wasser und formaldehyde über die Reaktion von Butlerov reagieren, verschiedenen Zucker wie ribose zu erzeugen.

Die Experimente haben gezeigt, dass einfache organische Zusammensetzungen von Bausteinen von Proteinen und anderen Makromolekülen von Benzin mit der Hinzufügung der Energie gebildet werden können.

Andere Experimente

Dieses Experiment hat viele andere begeistert. 1961 hat Joan Oró gefunden, dass das Nucleotide-Grundadenin von Wasserstoffzyanid (HCN) und Ammoniak in einer Wasserlösung gemacht werden konnte. Sein Experiment hat einen großen Betrag des Adenin erzeugt, dessen Moleküle von 5 Molekülen von HCN gebildet wurden.

Außerdem werden viele Aminosäuren von HCN und Ammoniak unter diesen Bedingungen gebildet.

Experimente haben geführt später hat gezeigt, dass die andere RNS und DNA nucleobases durch die vorgetäuschte prebiotic Chemie mit einer abnehmenden Atmosphäre erhalten werden konnten.

Es hatte auch ähnliche elektrische Entladungsexperimente gegeben, die mit dem Ursprung des mit dem Müller-Urey gleichzeitigen Lebens verbunden sind. Ein Artikel in Der New York Times (am 8. März, 1953:E9), betitelt "sich Umsehende Zwei Milliarden Jahre" beschreibt die Arbeit von Wollman (William) M. MacNevin an Der Ohio Staatlichen Universität, bevor das Müller-Wissenschaftspapier im Mai 1953 veröffentlicht wurde. MacNevin passierte 100,000-Volt-Funken durch das Methan und den Wasserdampf und hat "harzhaltige Festkörper" erzeugt, die für die Analyse "zu kompliziert waren." Der Artikel beschreibt andere frühe Erdexperimente, die durch MacNevin tun werden. Es ist nicht klar, wenn er jemals einigen von diesen veröffentlicht hat, läuft auf die primäre wissenschaftliche Literatur hinaus.

K. A. Wilde hat eine Zeitung der Wissenschaft am 15. Dezember 1952 vorgelegt, bevor Miller sein Papier derselben Zeitschrift am 14. Februar 1953 vorgelegt hat. Das Papier von Wilde wurde am 10. Juli 1953 veröffentlicht. Wilde hat Stromspannungen bis zu nur 600 V auf einer binären Mischung des Kohlendioxyds (CO) und Wasser in einem Fluss-System verwendet. Er hat nur kleine Beträge der Kohlendioxyd-Verminderung zum Kohlenmonoxid und keine anderen bedeutenden Verminderungsprodukte beobachtet oder hat kürzlich Kohlenstoff-Zusammensetzungen gebildet.

Andere Forscher studierten UV-photolysis des Wasserdampfs mit dem Kohlenmonoxid. Sie haben gefunden, dass verschiedener alcohols, Aldehyde und organische Säuren in Reaktionsmischung synthetisiert wurden.

Neuere Experimente durch Chemiker Jeffrey Bada und Jim Cleaves an der Scripps Einrichtung der Meereskunde (in La Jolla, Kalifornien) waren denjenigen ähnlich, die von Miller durchgeführt sind. Jedoch hat Bada bemerkt, dass in aktuellen Modellen von frühen Erdbedingungen Kohlendioxyd und Stickstoff (N) nitrites schaffen, die Aminosäuren so schnell wie zerstören, formen sie sich. Jedoch kann die frühe Erde bedeutende Beträge von Eisen und Karbonat-Mineralen gehabt haben, die fähig sind, die Effekten des nitrites für neutral zu erklären. Als Bada das Experiment des Müller-Typs mit der Hinzufügung von Eisen und Karbonat-Mineralen durchgeführt hat, waren die Produkte an Aminosäuren reich. Das weist darauf hin, dass der Ursprung von bedeutenden Beträgen von Aminosäuren auf der Erde sogar mit einer Atmosphäre vorgekommen sein kann, die Kohlendioxyd und Stickstoff enthält.

Die frühe Atmosphäre der Erde

Einige Beweise weisen darauf hin, dass die ursprüngliche Atmosphäre der Erde weniger der abnehmenden Moleküle enthalten haben könnte, als es zur Zeit des Experimentes des Müllers-Urey gedacht wurde. Es gibt reichliche Beweise von vulkanischen Hauptausbrüchen vor 4 Milliarden Jahren, die Kohlendioxyd, Stickstoff, Wasserstoffsulfid (HS) und Schwefel-Dioxyd (SO) in die Atmosphäre veröffentlicht hätten. Experimente mit diesem Benzin zusätzlich zu denjenigen im ursprünglichen Experiment des Müllers-Urey haben verschiedenere Moleküle erzeugt. Das Experiment hat eine Mischung geschaffen, die racemic war (sowohl L als auch D enantiomers enthaltend), und Experimente, seitdem gezeigt haben, dass "im Laboratorium die zwei Versionen ebenso wahrscheinlich erscheinen werden." Jedoch, in der Natur, L Aminosäuren herrschen vor; spätere Experimente haben unverhältnismäßige Beträge von L bestätigt, oder orientierte enantiomers von D sind möglich.

Ursprünglich wurde es gedacht, dass die primitive sekundäre Atmosphäre größtenteils Ammoniak und Methan enthalten hat. Jedoch ist es wahrscheinlich, dass der grösste Teil des atmosphärischen Kohlenstoff CO mit vielleicht einem CO und dem Stickstoff größtenteils N war. In Praxis-Gasmischungen, die CO, CO, N enthalten, geben usw. ziemlich gleiche Produkte als diejenigen, die CH und NH enthalten, so lange es keinen O gibt. Die Wasserstoffatome kommen größtenteils aus dem Wasserdampf. Tatsächlich, um aromatische Aminosäuren unter primitiven Erdbedingungen zu erzeugen, ist es notwendig, weniger wasserstoffreiche gasartige Mischungen zu verwenden. Die meisten natürlichen Aminosäuren, hydroxyacids, purines, pyrimidines, und Zucker sind in Varianten des Experimentes von Miller gemacht worden.

Neuere Ergebnisse können diese Beschlüsse infrage stellen. Die Universität von Waterloo und Universität Colorados haben Simulationen 2005 geführt, die angezeigt haben, dass die frühe Atmosphäre der Erde bis zu 40 Prozent Wasserstoff — Andeutung einer vielleicht viel gastfreundlicheren Umgebung für die Bildung von prebiotic organischen Molekülen enthalten haben könnte. Die Flucht von Wasserstoff von der Atmosphäre der Erde in den Raum kann an nur einem Prozent der Rate vorgekommen sein vorher hat gestützt auf revidierten Schätzungen der Temperatur der oberen Atmosphäre geglaubt. Einer der Autoren, Owen Toon bemerkt: "In diesem neuen Drehbuch kann organics effizient in der frühen Atmosphäre erzeugt werden, uns zurück zur organisch-reichen Suppe im Ozeankonzept führend... Ich denke, dass diese Studie die Experimente durch Miller und andere macht, die wieder sein wichtig." Berechnungen von Outgassing mit einem chondritic Modell für die frühe Erdergänzung der Waterloo/Colorado laufen auf das Wiederherstellen der Wichtigkeit vom Experiment des Müllers-Urey hinaus.

Denjenigen der Experimente des Müllers-Urey ähnliche Bedingungen sind in anderen Gebieten des Sonnensystems da, häufig gegen ultraviolettes Licht den Blitz als die Energiequelle für chemische Reaktionen auswechselnd. Wie man fand, hat der Meteorstein von Murchison, der in der Nähe von Murchison, Viktoria, Australien 1969 gefallen ist, mehr als 90 verschiedene Aminosäuren enthalten, von denen neunzehn im Erdleben gefunden werden. Wie man denkt, enthalten Kometen und andere eisige Außensonnensystem-Körper große Beträge von komplizierten Kohlenstoff-Zusammensetzungen (wie tholins) gebildet durch diese Prozesse, Oberflächen dieser Körper dunkel machend. Die frühe Erde wurde schwer durch Kometen bombardiert, vielleicht eine große Versorgung von komplizierten organischen Molekülen zusammen mit dem Wasser und anderem volatiles zur Verfügung stellend, den sie beigetragen haben. Das ist verwendet worden, um einen Ursprung des Lebens außerhalb der Erde abzuleiten: die panspermia Hypothese.

Neue zusammenhängende Studien

In den letzten Jahren sind Studien aus der Aminosäure-Zusammensetzung der Produkte von "alten" Gebieten in "alten" Genen, definiert als diejenigen gemacht worden, die, wie man findet, für Organismen von mehreren weit getrennten Arten, angenommen üblich sind, nur den letzten universalen Vorfahren (LUA) aller noch vorhandenen Arten zu teilen. Diese Studien haben gefunden, dass die Produkte dieser Gebiete in jenen Aminosäuren bereichert werden, die auch im Experiment des Müllers-Urey am meisten sogleich erzeugt werden. Das weist darauf hin, dass der ursprüngliche genetische Code auf einer kleineren Zahl von Aminosäuren - nur denjenigen basiert hat, die in der prebiotic Natur verfügbar sind - als die aktuelle.

Professor Jeffrey Bada, selbst der Student von Miller, hat die ursprüngliche Ausrüstung vom Experiment geerbt, als Miller 2007 gestorben ist. Gestützt auf gesiegelten Fläschchen vom ursprünglichen Experiment sind Wissenschaftler im Stande gewesen zu zeigen, dass, obwohl erfolgreich, Miller im Stande gewesen ist, mit der für ihn verfügbaren Ausrüstung das volle Ausmaß des Erfolgs des Experimentes nie herauszufinden. Spätere Forscher sind im Stande gewesen, noch verschiedenere Aminosäuren, 25 zusammen zu isolieren. Professor Bada hat eingeschätzt, dass genauere Maße 30 oder noch 40 Aminosäuren in sehr niedrigen Konzentrationen leicht herausbringen konnten, aber die Forscher haben die Prüfung seitdem unterbrochen. Das Experiment von Miller war deshalb ein bemerkenswerter Erfolg beim Synthetisieren komplizierter organischer Moleküle von einfacheren Chemikalien, denkend, dass das ganze Leben gerade 20 verschiedene Aminosäuren verwendet.

2008 hat eine Gruppe von Wissenschaftlern 11 Fläschchen verlassen von den Experimenten von Miller des Anfangs der 1950er Jahre untersucht. Zusätzlich zum klassischen Experiment, das an den vorgesehenen "warmen kleinen Teich von Charles Darwin erinnernd ist," hatte Miller auch mehr Experimente, einschließlich einen mit denjenigen von vulkanischen Ausbrüchen ähnlichen Bedingungen durchgeführt. Dieses Experiment hatte eine Schnauze, die ein Strahl des Dampfs bei der Funken-Entladung zerstäubt. Indem sie Hochleistungsflüssigchromatographie und Massenspektrometrie verwendet hat, hat die Gruppe mehr organische Moleküle gefunden, als Miller hatte. Interessanterweise haben sie gefunden, dass das einem Vulkan ähnliche Experiment die meisten organischen Moleküle, 22 Aminosäuren, 5 Amine und viele hydroxylated Moleküle erzeugt hatte, die von hydroxyl durch den elektrisierten Dampf erzeugten Radikalen gebildet worden sein könnten. Die Gruppe hat vorgeschlagen, dass vulkanische Inselsysteme reich an organischen Molekülen auf diese Weise geworden sind, und dass die Anwesenheit des carbonyl Sulfids dort diesen Molekülen geholfen haben könnte, peptides zu bilden.

Siehe auch

• Abiogenesis, die Studie dessen, wie das Leben auf der Erde aus leblosen organischen und anorganischen Molekülen erschienen ist.

Links

• Eine Produktion von Aminosäuren Unter Möglichen Primitiven Erdbedingungen durch Stanley L. Miller, Wissenschaft, v.117, am 15. Mai 1953
• Eine Simulation des Experimentes des Müllers-Urey zusammen mit einem Videointerview mit Stanley Miller durch Scott Ellis von CalSpace (UCSD)
• Wieder besuchte Chemie des Ursprungs des Lebens: Die Neue Darlegung von berühmten Experimenten der Funken-Entladung offenbart, dass eine reichere Sammlung von Aminosäuren gebildet wurde.
• http://www.chem.duke.edu/~jds/cruise_chem/Exobiology/miller.html - Experiment des Müllers-Urey erklärt.