Informācija

Vai Millera-Ureja eksperiments izskaidro dzīvības izcelsmi?


Saskaņā ar Millera -Ureja eksperimentu agrīnā zemes atmosfēra varēja veicināt aminoskābju veidošanos - un eksperiments tiek uzskatīts par svarīgu dzīvības izcelsmes skaidrojumā. Tomēr es nesaprotu, kā varēja sākties dzīve no aminoskābēm (vai olbaltumvielām), kuras pašas neatkārtojas. Daži RNS veidi atkārtojas, un ir ticams, kā dzīve varēja attīstīties no turienes.

Vai ir svarīgi, vai aminoskābes nonāca pirms RNS, ja tās notika? Vai ir pareizi pieņemt, ka RNS pasaulē dzīve kaut kā iemācījās izmantot aminoskābes?


Tas ir izplatīts jautājums. Es domāju, ka eksperiments un tā secinājumi bieži tiek pārprasti.

Sākotnēji nulles hipotēze bija tāda, ka dzīvībai nepieciešamās sastāvdaļas nevarēja rasties spontāni, no inertām, neorganiskām molekulām. Nebija nekādu pierādījumu tam, ka stingri fiziski, nebioloģiski procesi varētu radīt savienojumus, kas nepieciešami proteīnainajai dzīvei, kā mēs to zinām. Citiem vārdiem sakot, līdz ar Millera-Ureja eksperimentu abioģenēzi neapstiprināja neviens pozitīvs pierādījums. Eksperiments parādīja, ka sastāvdaļas var rasties ticamos dabiskos apstākļos pirms dzīvības pastāvēšanas! Tas novērš plaisu starp inerto, neorganisko, nebioloģisko un bagātīgo sarežģīto molekulu zupu, kas, iespējams, būtu nepieciešama, lai kaut kas līdzīgs abioģenēzei būtu pat apsvērums, kas balstīts uz empīrisku novērojumu.

Protams, aminoskābju klātbūtne neliecina par abiogēno dzīves izcelsmi. Dzīve nav tikai olbaltumvielas vai aminoskābes. Bet parādot, ka sarežģīta bioloģisko sastāvdaļu ķīmija notiek spontāni lielā daudzumā - tas izklausās kā lielisks pacelšanās punkts abiogēnai dzīvības izcelsmei! Tas tiešām ir viss sasniegtais eksperiments. Savā vēsturiskajā kontekstā tas ir ļoti iespaidīgs atklājums, taču tas noteikti nav pilnīgs skaidrojums, tikai kaut kas padara neskaitāmus bioķīmiskus skaidrojumus iespējamus (un varbūt pat ticamus!). Varbūt jūs tagad varat labāk saprast, kāpēc tas satraukts un turpina satraukt bioķīmiķus, kas strādā, cenšoties izprast dzīves ķīmisko izcelsmi. Millera-Ureja eksperiments ir fundamentāls.

Attiecībā uz pāreju no RNS uz RNS proteīna dzīves izcelsmi, es īsumā citēju citu atbildi citur šeit:

Attiecībā uz pāreju no tikai RNS uz RNS proteīnu pasauli, peptīdi darbojas kā kofaktori dažiem ribozīmiem. Ir zināms, ka aminoskābes un peptīdi pastāvēja prebiotiskajā vidē un tika atrasti kosmosā (glicīns ir atrasts kometās kopā ar citām 70 aminoskābēm).


Millera-Ureja eksperiments nepaskaidro dzīvības izcelsmi. Tas tikai piedāvā ticamu veidu, kā attīstīt dzīvību no organiskām vielām kā daļu no dzīvības izcelsmes abioģenēzes modeļa. Labāka pieeja dzīvības izcelsmes teoriju izpratnei ir konteksta meklēšana.

Pēc šūnu teorijas mēs jau zinām, ka šūnas ir organismu galvenā sastāvdaļa un ka tikai šūnas var radīt citu šūnu izcelsmi. Tātad pētījums ir vērsts uz to, lai atrastu veidu, kā izveidot vismaz vienu šūnu. No zināmiem savienojumiem šūnas varētu modelēt kā autoregulētu biomolekulu kopumu. Tikai divi no tiem tiek izmantoti nepārprotami replikācijai: nukleīnskābe un olbaltumvielas. Ja jūs domājat par šīm divām sastāvdaļām, Millera-Ureja eksperiments piedāvā tikai veidu, kā no aminoskābēm iegūt vienkāršas olbaltumvielas un no neorganiskām vielām-aminoskābes. Pārsteidzoši, bet nepietiek, lai izskaidrotu faktisko olbaltumvielu un enzīmu sarežģītību.

Bet ir arī citas teorijas un fakti, kas labi darbojas ar šo eksperimentu. Dažiem netulkotiem oligopeptīdiem ir intracelulāras funkcijas. PAO pasaules teorija piedāvā veidu, kā attīstīt slāpekļa bāzes no aromātiskiem ogļūdeņražiem. Šīs bāzes ir RNS un DNS prekursori. RNS pasaules hipotēze nosaka veidu, kā attīstīt dzīvību no RNS, nevis no DNS vai olbaltumvielām. Fosfolipīdu divslāņiem ir daži kopīgi modeļi ar micellām, un visi šie mehānismi būtu daļa no pēdējā universālā kopīgā senča (LUCA). Bet nav pierādījumu par attiecībām starp šīm teorijām, un varbūt tās ir pārāk vienkāršas, lai izskaidrotu dzīvi.

Varbūt pirmā šūna bija nākusi no kosmosa, kur Kreba cikla pirms termiņa versija tika demostrēta darbam. Mēs varētu domāt par to kā "bioģenēzi", līdz varētu parādīt "abioģenēzi".


Agrīnie domātāji

Apmēram pirms 2600 gadiem Jonijas pilsētā Milētā (2. attēls) dabas filozofs Anaksimanders (ap 610. – 546. G. P.m.ē.) pārdomāja, kā cilvēku bērni piedzimst pilnīgi bezpalīdzīgi. Bez vecākiem jauniem cilvēkiem nebija izredžu izdzīvot, un bezpalīdzības stāvoklis turpinājās gadiem ilgi. Šī realitāte radīja dilemmu, apsverot pirmo cilvēku paaudzi, kas, pēc Anaksimandra domām, bija jāsāk kā zīdaiņiem. Lai izaugtu un dzemdētu savus bērnus, cilvēku senčiem ļoti tālā pagātnē jābūt neatkarīgākiem kā jaundzimušajiem, pamatoja Anaksimandrs. Viņiem bija jābūt vairāk kā dažiem citiem dzīvniekiem, kuru mazuļi ir dzimuši gatavi izdzīvot paši.

2. attēls: Mileta atrašanās vieta Anatolijas rietumu piekrastē, kas tagad ir daļa no mūsdienu Turcijas. Milets bija mājvieta trim senajiem filozofiem: Thales, Anaximander un Anaximenes.

Ņemot vērā dažādus dzīvniekus, Anaksimandrs nolēma, ka cilvēku priekštečiem jābūt zivīm. Atšķirībā no zīdītājiem, kuriem mātes bija vajadzīgas, lai sāktu savu dzīvi, zivis vienkārši izkļūst no olām un vai nu mirst, vai izdzīvo. Tas nozīmē, ka tāli cilvēku senči varētu izdzīvot kā zīdaiņi, ja viņi vairāk līdzinātos zivīm nekā cilvēkiem.

Pat Anaksimandra laikā cilvēki redzēja skeletus no sen mirušām radībām. Izmirušās dzīvības fosilijas tika atrastas ilgi pirms paleontologu meklēšanas. Senie grieķi dzīvoja pie jūras, un bieži vien jūra izskaloja skeletus vai iedragāja zemi, lai atklātu apraktos kaulus. Dzīvojot šajā vidē, Anaksimandram bija vispārējs priekšstats par skeleta anatomiju un to, kā tā bija līdzīga un atšķirīga starp cilvēkiem un citiem dzīvniekiem. Šī iemesla dēļ viņš nolēma, ka pārejai no zivīm uz cilvēkiem jābūt pakāpeniskai. Citiem vārdiem sakot, cilvēki cēlušies no zivīm evolūcijas procesā.

Tā kā Anaksimandrs nesniedza priekšstatu par to, kā notikusi acīmredzamā evolūcija no zivīm uz cilvēku, tā nebija agrīna Darvina dabiskās atlases teorijas forma. Bet tas bija sākums domāt, ka dzīve uz Zemes sākās ar maziem organismiem. Anaksimandra ideja ātri noveda pie idejas, ka mazi organismi tika radīti dabiskā procesā no nedzīvas vielas, piemēram, dubļiem jūras dibenā.

Nākamo gadsimtu laikā grieķu domātāji, piemēram, Anaksimenes (588–524 BC), Ksenofāns (576–480), Empedokls (495–435), Demokrits (460–370) un visbeidzot Aristotelis (384–322) izstrādāja un pārveidoja spontānas paaudzes ideju, lai tā atbilstu tam, ko cilvēki bieži novēroja uz sauszemes. Lauksaimnieki, atstājot graudus atvērtā traukā, pamanīja, ka diezgan drīz parādījās peles, it kā graudi radītu peles. Cilvēki, kas atstāja gaļu nekoptu, atgriezās, lai atrastu gariņus, kas inficē gaļu, it kā gaļa radītu kukaiņus.

Kāds novērojums pamudināja Anaksimandru ierosināt, ka cilvēki nāk no zivīm?

Spontānas ģenerēšanas pārbaude

Līdz 18. un 19. gadsimtam senā grieķu ideja par spontānu paaudzi bija labi iesakņojusies ikviena cilvēka prātā, kurš uzdrošinājās domāt, ka dzīvības izcelsme, iespējams, nav prasījusi dievus. Un, dzīvojot laikā, kad zinātne novecoja, daži agrīnās mūsdienu domātāji sāka izturēties pret spontāno paaudzi mazāk kā pret filozofiju un vairāk kā pret zinātnisku hipotēzi. Pamazām viņi sāka pakļaut ideju zinātniskiem eksperimentiem.

Agrīns mēģinājums pārbaudīt spontāno paaudzi radās 17. gadsimtā, kad itāļu zinātnieks Frančesko Redi (ap 1626. – 1697. G.) Rūpīgi aplūkoja gaļas purva fenomenu. Atstājis gaļu atklātā burkā, viņš novēroja, ka tārpi patiešām parādījās un ka tārpi kļuva par mušām, kuras pēc tam aizlidoja. Tomēr, kad viņš atstāja gaļu noslēgtā burkā, tārpi neparādījās. Arī tārpi neparādījās, kad viņš atstāja gaļu burkā, kas pārklāta ar sieta sietu - piesardzības pasākumus viņš veica tikai gadījumā, ja spontānai paaudzei kādu iemeslu dēļ bija nepieciešams svaigs gaiss. Mūsdienu zinātnes terminoloģijā mēs sakām, ka ar acīm pārklāta burka “kontrolēja” iespēju, ka spontānai ģenerēšanai bija nepieciešams svaigs gaiss (3. attēls).

3. attēls: Frančesko Redi spontānas paaudzes eksperiments, izmantojot burkas ar gaļu. Pirmajā burkā ar gaļu, kas iekšpusē aizzīmogota ar aizbāzni, otrajā burkā uz gaļas neparādījās tārpi, pārklāti ar sietu, tārpi arī uz gaļas neparādījās, bet trešajā burkā bez vāka parādās uz gaļas un veidojas mušas.

Tā kā acu pārsegs neļāva tārpiem parādīties, tas nozīmēja, ka tārpi nāk nevis no spontānas paaudzes, bet vienkārši no pieaugušu mušu olām. Pēc mūsdienu zinātnes eksperimentālo metožu standartiem tas bija elementārs eksperiments, taču tas bija tik labs, cik vien iespējams, ņemot vērā Redi laikā pieejamo aprīkojumu.

Neskatoties uz viņa pūka eksperimenta rezultātiem, Redi joprojām uzskatīja, ka mazākas radības, ko sauc par “žults kukaiņiem”, nāk no spontānas paaudzes. Tajā pašā laikā jaunattīstības izgudrojums - mikroskops - ļāva zinātniekiem koncentrēties uz vēl mazākām radībām: mikroorganismiem. Izmantojot savu mikroskopu, angļu eksperimentētājs Džons Needhems pamanīja, ka buljonos, kas pagatavoti no gaļas, ir ļoti daudz mikroorganismu, tāpēc viņš pārbaudīja spontāno paaudzi (skatiet mūsu moduli Eksperimentēšana zinātniskajos pētījumos). Needham uzsildīja buljona pudeli, lai iznīcinātu visus mikroorganismus, un atstāja pudeli uz dažām dienām. Pēc tam viņš paskatījās uz buljonu zem mikroskopa un konstatēja, ka, neskatoties uz agrāko karsēšanu, buljonā atkal bija mikroorganismi (4.a attēls).

4.a attēls: Needham spontāns paaudzes eksperiments. Needhems uzsildīja buljonu, ļaujiet tai vairākas dienas sēdēt bez vāka, pēc tam šķidrumā novēroja mikroorganismus.

Needham domās, šis atklājums liecināja, ka nedzīvs buljons ir devis dzīvību. Bet cits zinātnieks, itālis vārdā Lazzaro Spallanzani, uzskatīja, ka Needhems noteikti ir izdarījis kaut ko nepareizi. Iespējams, viņš nebija uzkarsējis buljonu līdz pietiekami augstajai temperatūrai vai pietiekami ilgi. Lai to uzzinātu, Spallanzani veica savu eksperimentu. Viņš vārīja buljonu divās pudelēs, atstāja vienu pudeli atvērtu un vienu aizvērtu un konstatēja, ka jauni mikroorganismi parādījās tikai atvērtajā pudelē. Viņa secinājums: mikroorganismi pudelē iekļuva caur gaisu, tie buljonā netika radīti spontāni (4.b attēls).

4.b attēls: Spallanzani veica Needhama eksperimentu, bet arī pārbaudīja buljona pudeli, kas pēc vārīšanās tika aizvērta. Viņš atklāja, ka slēgtā pudelē neaug mikroorganismi.

Eksperimenti, kas, šķiet, pierāda vai atspēko spontānu dzīves paaudzi, turpinājās vēl vienu gadsimtu. Sakarā ar atšķirību starp slēgtiem un atvērtiem traukiem, argumenti koncentrējās uz iespēju, ka spontānai dzīvības radīšanai var būt nepieciešams svaigs gaiss. Tādējādi gaisa trūkums Spallanzani slēgtā pudelē varēja būt faktors, kas sajauca rezultātus. Šī iespēja piesaistīja 19. gadsimta slavenākā mikrobiologa - Darvina laikabiedra Luija Pastera - uzmanību.

Pasteurs pievērsās šim jautājumam, taču, kad viņš bija iesaistīts, viņš zināja, ka viņam ir jākontrolē iespēja, ka ir vajadzīgs gaiss, lai radītu dzīvību no nedzīvas matērijas. Lai to izdarītu, viņš izstrādāja kolbas ar gariem, īpaši izliektiem, gulbim līdzīgiem kakliem. Tas ļāva sterilizētam buljonam pakļaut svaigu gaisu no ārpuses, bet visi mikroorganismi no gaisa tiks iesprostoti ūdens baseinā kaklā. (Lai iegūtu papildinformāciju par eksperimentu izstrādi, skatiet mūsu moduli Eksperimenti zinātniskos pētījumos.)

Sterilizētie buljoni Pasteur speciālajās kolbās netika inficēti ar mikroorganismiem, neraugoties uz svaigā gaisa iedarbību (5. attēls). Un tā, pēc vairāk nekā 24 gadsimtiem ilga skrējiena, hipotēze par spontānu ģenerēšanu beidzot tika likta mierā.

5. attēls: Pasteur izstrādāja kolbas ar garām, gulbim līdzīgām sprandām, kas ļāva sterilizētajam buljonam mijiedarboties ar svaigu gaisu, bet kolbas izliektajā kaklā iesprūda mikroorganismi.

Tas nozīmēja, ka zinātnieki vairs nedomāja, ka mikroorganismi vai mazi dzīvnieki pēkšņi var parādīties bez vecākiem, taču tas netraucēja cilvēkiem domāt par dzīvi, kas nāk no nedzīvas matērijas. Pasteurs publicēja savus eksperimentālos rezultātus, kas atspēkoja spontānu mikroorganismu veidošanos, tajā pašā gadā, kad Darvins Sugu izcelsme. Tas radīja paradoksu. Visā pasaulē zinātnieki bija diezgan pārliecināti, ka evolūcija patiešām notika, ka visas mūsdienu sugas galu galā radās no jau esošām, dzīvām formām. Tomēr, runājot par jautājumu par to, kā vispirms sākās dzīve, zinātnieki tikko bija atspēkojuši vienīgo izskaidrojumu.

Darvina dīķa ideja bija pilnīgi spekulatīva. Nebija iespējas to pārbaudīt tā, kā viņš pārbaudīja dabisko atlasi, daudzus gadus novērojot daudzas sugas. Un tā, runājot par pašas dzīves uzsākšanu, Darvina laikmeta zinātnieki bija apmulsuši. Viss, ko viņi varēja darīt, bija pacelt rokas vai uzkrāsot to līdz viņu reliģiju radīšanas stāstiem.

Spallanzani eksperimenti ar buljonu pudelēs parādīja, ka mikroorganismi


Hemosintētiskā dzīvības izcelsmes teorija

Zeme izveidojās apmēram pirms pieciem miljardiem gadu. Tajā laikā bija ārkārtīgi karsts. Dzīvības pastāvēšana jebkurā formā tādā augstā temperatūrā nebija iespējama.

Dzīvības izcelsme nozīmē vienkāršākās pirmatnējās dzīves parādīšanos no nedzīvas matērijas. Dzīves evolūcija nozīmē pakāpenisku sarežģītu organismu veidošanos no vienkāršākiem.

Tika izvirzītas vairākas teorijas, lai izskaidrotu dzīvības izcelsmi. Plaši atzīta teorija ir ķīmijas sintētiskā dzīvības izcelsmes teorija, ko ierosināja A. I. Oparīns. Tajā teikts, ka dzīvība sākotnēji varēja rasties uz zemes, izmantojot virkni ķīmisku vielu kombināciju tālā pagātnē, un tas viss notika ūdenī.

Zeme radās apmēram pirms 5 miljardiem gadu. Sākotnēji to veidoja karstas gāzes un dažādu ķīmisko vielu tvaiki. Pamazām tas atdzisa un izveidojās cieta garoza.

Agrīnā atmosfēra ietvēra amonjaks (NH3), ūdens tvaiki (H2O), ūdeņradis (H2), metāns (CH4). Tajā laikā nebija brīva skābekļa. Šāda veida atmosfēra (ar metānu, amonjaku un ūdeņradi) joprojām ir sastopama uz Jupitera un Saturna.

Spēcīgas lietusgāzes nokrita uz karstās zemes virsmas, un ļoti ļoti ilgu laiku parādījās ūdenstilpes, kurās joprojām bija karsts ūdens. Metāns un amonjaks no atmosfēras izšķīda jūru ūdenī.

Šajā ūdenī notika ķīmiskas reakcijas un radās aminoskābes, slāpekļa bāzes, cukuri un taukskābes, kas tālāk reaģēja un apvienojās, radot dzīvības biomolekulas, piemēram, olbaltumvielas un nukleīnskābes.

Zemes agrīnajā atmosfērā nebija brīva skābekļa. Hlorofilu saturošie organismi vēlāk atbrīvoja brīvu skābekli, kas deva lielākas iespējas attīstīties dzīvībai.

Millera Ūrija eksperiments

1953. gadā Stenlijs Millers un Harolds C. Urejs izveidoja eksperimentu ar gaisa necaurlaidīgu aparātu, kurā četras gāzes (NH4, CH4, H2 un H2O) vienu nedēļu tika pakļauti elektriskai izlādei. Analizējot šķidrumu, viņi tajā atrada dažādas organiskas vielas, piemēram, aminoskābes, urīnvielu, etiķskābi un pienskābi.


Dzīvības izcelsme uz Zemes

Dzīvības izcelsme ir noslēpums, galīgā vistu un olu mīkla (R Service, 2015). Kad jūs ar kolēģiem kopā apspriedāt dzīves raksturīgās iezīmes, jūs, iespējams, iekļāvāt reprodukciju un iedzimtu informāciju, enerģijas pārveidošanu, izaugsmi un reakciju uz vidi. Jūs, iespējams, arī teicāt, ka vismaz uz Zemes visa dzīvība sastāv no šūnām ar membrānām, kas veido robežas starp šūnu un tās vidi, un ka šūnas veidoja organiskas molekulas (sastāv no oglekļa, ūdeņraža, slāpekļa, skābekļa, fosfātu un sēru un#8211 CHNOPS). Mīkla ir tāda, ka šodien uz Zemes visa dzīvība nāk no jau pastāvošas dzīvības. Pasteur ’s eksperimenti atspēkoja spontānu mikrobu dzīves veidošanos no vārīta barības vielu buljona. Neviens zinātnieks vēl nav spējis izveidot dzīvu šūnu no organiskām molekulām. Tātad, kā dzīvība varēja rasties uz Zemes, apmēram pirms 3,8 miljardiem gadu? (Paturiet prātā laika skalu, par kuru mēs šeit runājam –, Zeme ir 4,6 miljardus gadu veca, tāpēc bija vajadzīgs gandrīz miljards gadu, lai ķīmiskā evolūcija radītu bioloģisko dzīvību.) Kā šo jautājumu var risināt, izmantojot zinātniskās izpētes process?

Dzīves studiju izcelsme

Lai gan zinātnieki nevar tieši pievērsties tam, kā radās dzīvība uz Zemes, viņi var formulēt un pārbaudīt hipotēzes par dabas procesiem, kas varētu būt par pamatu dažādiem starpposmiem saskaņā ar ģeoloģiskajiem pierādījumiem. 20. gados Aleksandrs Oparins un J. B. S. Haldāne patstāvīgi ierosināja gandrīz identiskas hipotēzes par to, kā dzīvība radusies uz Zemes. Viņu hipotēzi tagad sauc par Oparīna-Haldāna hipotēzi, un galvenie soļi ir šādi:

  1. organisko molekulu veidošanās, šūnu celtniecības bloki (piemēram, aminoskābes, nukleotīdi, vienkāršie cukuri)
  2. organisko molekulu polimēru (garāku ķēžu) veidošanās, kas var darboties kā fermenti, lai veiktu vielmaiņas reakcijas, kodētu iedzimtu informāciju un, iespējams, atkārtotos (piemēram, proteīni, RNS pavedieni),
  3. Protokolu veidošanās organisko molekulu un polimēru koncentrācija, kas veic vielmaiņas reakcijas slēgtā sistēmā, atdalīta no vides ar daļēji caurlaidīgu membrānu, piemēram, divslāņu lipīdu membrānu

Oparīna-Haldāna hipotēze ir nepārtraukti pārbaudīta un pārskatīta, un jebkurai hipotēzei par to, kā sākās dzīve, ir jāņem vērā trīs galvenās vispārējās prasības dzīvībai: spēja reproducēt un atkārtot iedzimto informāciju, kas norobežota membrānās, veidojot šūnas, enerģijas izmantošana veicināt augšanu un vairošanos.

1. Kā organiskās molekulas veidojās uz Zemes pirms biotikas?

Millera-Ūrija eksperiments
Stenlijs Millers un Harolds Urejs pārbaudīja Oparīna-Haldāna hipotēzes pirmo soli, pētot organisko molekulu veidošanos no neorganiskiem savienojumiem. Viņu 1950. gadu eksperimentā tika iegūtas vairākas organiskas molekulas, ieskaitot aminoskābes, kuras ražo un izmanto dzīvās šūnas, lai tās augtu un vairotos.

Millera-Ūrija eksperiments, Wikimedia Commons ilustrācija, ko veidojis Adrians Hanters

Millers un Urejs izmantoja eksperimentālu iestatījumu, lai atjaunotu, kādi vides apstākļi tika uzskatīti par agrīno Zemi. Gāzveida kamera simulēja atmosfēru ar reducējošiem savienojumiem (elektronu donoriem), piemēram, metānu, amonjaku un ūdeņradi. Elektriskās dzirksteles simulēja zibens, lai nodrošinātu enerģiju. Tikai aptuveni nedēļas un#8217 laikā šis vienkāršais aparāts izraisīja ķīmiskas reakcijas, kas radīja dažādas organiskas molekulas, no kurām dažas ir dzīvības pamatelementi, piemēram, aminoskābes. Lai gan zinātnieki vairs neuzskata, ka pirmsbiotiskajai Zemei bija tik reducējoša atmosfēra, šādu reducējošu vidi var atrast dziļjūras hidrotermālās atverēs, kurām ir arī enerģijas avots siltuma veidā no ventilācijas atverēm. Turklāt jaunākie eksperimenti un#8211, kuros tika izmantoti apstākļi, kas, domājams, labāk atspoguļo Zemes agrīnos apstākļus, ir radījuši arī dažādas organiskas molekulas, ieskaitot aminoskābes un nukleotīdus (RNS un DNS pamatelementus) (McCollom , 2013).

Zemāk esošais video sniedz jauku pārskatu par Millera-Ureja eksperimenta pamatojumu, iestatījumu un secinājumiem (lai gan tas nepareizi pārspīlē, ka Darvins parādīja ka salīdzinoši vienkāršas radības pakāpeniski var radīt sarežģītākas radības).

Organiskās molekulas no meteoriem

Katru dienu Zeme tiek bombardēta ar meteorītiem un komētu putekļiem. Analizējot kosmosa putekļus un meteorus, kas nolaidušies uz Zemes, atklājās, ka tie satur daudzas organiskas molekulas. Komētu putekļu un meteorītu kritums bija daudz lielāks, kad Zeme bija jauna (pirms 4 miljardiem gadu). Daudzi zinātnieki uzskata, ka šādas ārpuszemes organiskās vielas ievērojami veicināja organisko molekulu pieejamību laikā, kad sākās dzīvība uz Zemes. Zemāk redzamais attēls no Bernsteina 2006 parāda 3 galvenos organisko molekulu avotus uz Zemes pirms dzīvības: atmosfēras sintēze pēc Millera-Ureja ķīmijas, sintēze dziļjūras hidrotermālās atverēs un kosmosā sintezēto organisko molekulu nokrišana.

2. Organisko polimēru veidošanās

Ņemot vērā šo organisko pamata molekulu pietiekami augstu koncentrāciju, noteiktos apstākļos tās savienosies kopā, veidojot polimērus (molekulu ķēdes, kas ir kovalenti savienotas kopā). Piemēram, aminoskābes savienojas, veidojot polipeptīdu ķēdes, kas saliekas, lai kļūtu par olbaltumvielu molekulām. Riboze, 5 oglekļa cukurs, var saistīties ar slāpekļa bāzi un fosfātu ar nukleotīdu. Nukleotīdi savienojas, veidojot nukleīnskābes, piemēram, DNS un RNS. Lai gan to tagad veic fermenti dzīvās šūnās, organisko molekulu polimerizāciju var katalizēt arī dažu veidu māls vai cita veida minerālu virsmas. Eksperimenti, kas pārbauda šo modeli, ir radījuši līdz 50 vienībām garas RNS molekulas tikai 1-2 nedēļu laikā (Ferris, 2006).

Enzīmu aktivitāte un iedzimta informācija vienā polimērā: RNS pasaules hipotēze

Tomasa Čeha atklājums, ka dažas RNS molekulas var katalizēt savu vietnei raksturīgo šķelšanos, noveda pie Nobela prēmijas (Cech un Altman), termins “ribozīmi”, lai apzīmētu katalītiskās RNS molekulas, un hipotēzes atdzimšanu, ka RNS molekulas bija sākotnējās iedzimtās molekulas, pirms DNS iepazīšanās. Dzīvības izcelsmes pētniekiem šeit bija iespēja, ka RNS molekulas var gan kodēt iedzimtu informāciju, gan katalizēt savu replikāciju. DNS kā pirmā iedzimtā molekula radīja reālas problēmas dzīves izcelsmes pētniekiem, jo ​​DNS replikācijai nepieciešami proteīnu fermenti (DNS polimerāzes) un RNS praimeri (skatīt lapu par DNS replikāciju), tāpēc ir grūti iedomāties, kā šāda sarežģīta iedzimta sistēma varēja attīstīties no nulles. Izmantojot katalītiskās RNS molekulas, viena molekula vai līdzīgu molekulu saime potenciāli varētu uzglabāt ģenētisko informāciju un atkārtoties, sākotnēji nav nepieciešami proteīni.

Šādu katalītisko RNS molekulu populācijām būtu molekulāra evolūcija, kas konceptuāli identiska bioloģiskajai evolūcijai dabiskās atlases ceļā. RNS molekulas kopētu viena otru, pieļaujot kļūdas un ģenerējot variantus. Varianti, kas visveiksmīgāk atkārtojās (atpazīst identiskas vai ļoti līdzīgas RNS molekulas un visefektīvāk tos atkārto), palielinās katalītisko RNS molekulu populācijas biežumu. RNS pasaules hipotēze paredz dzīves rašanās posmu, kurā pašreproduktīvās RNS molekulas galu galā noveda pie iedzimtas sistēmas attīstības pirmajās šūnās vai proto šūnās. RNS molekulu sistēma, kas kodē kodonus, lai norādītu aminoskābes, un tRNS līdzīgas molekulas, kas pārnes atbilstošas ​​aminoskābes, un katalītiskās RNS, kas rada peptīdu saites, veidotu iedzimtu sistēmu, līdzīgi kā šodienas šūnas, bez DNS.

Kādā brīdī ciltsrakstā, kas ved uz pēdējo universālo kopējo senci, DNS kļuva par vēlamo ģenētiskās informācijas ilgtermiņa uzglabāšanas molekulu. DNS molekulas ir ķīmiski stabilākas nekā RNS (dezoksiriboze ir ķīmiski inertāka nekā riboze). Divu komplementāru virkņu esamība nozīmē, ka katra DNS virkne var kalpot par veidni tās partneru virknes replikācijai, nodrošinot zināmu iedzimtu atlaišanu. Šīs un, iespējams, citas iezīmes deva šūnām ar DNS iedzimtu sistēmu selektīvu priekšrocību, lai visa šūnu dzīve uz Zemes izmantotu DNS, lai uzglabātu un pārsūtītu ģenētisko informāciju.

Tomēr pat šodien ribozīmiem ir universāla un galvenā loma šūnu informācijas apstrādē. Ribosoma ir liels RNS un olbaltumvielu komplekss, kas nolasa ģenētisko informāciju RNS virknē, lai sintezētu proteīnus. Galveno katalītisko aktivitāti, peptīdu saišu veidošanos, lai savienotu divas aminoskābes, katalizē ribosomu RNS molekula. Ribosoma ir milzīgs ribozims. Tā kā ribosomas ir universālas visām šūnām, šādām katalītiskajām RNS jābūt klāt visas pašreizējās dzīvības uz Zemes pēdējā universālajā kopīgajā priekštečā.

Apmeklējiet http://exploringorigins.org/ribozymes.html lapu, lai apskatītu pirmo ribozīmu no Tetrahymena, ko atklāja Toms Čehs, un ribosomu RNS struktūru.

Http://exploringorigins.org/nucleicacids.html lapā ir video par RNS polimerizāciju no nukleotīdiem, uz veidni orientētu RNS sintēzi un RNS pašreplikācijas modeli.

Zemāk esošajā videoklipā ir izskaidrots RNS pasaules hipotēzes pamatojums un īsi aprakstīti daži secinājumi no dažādiem RNS pasaules eksperimentiem.

3. Protokoli: pašreproduktīvi un vielmaiņas fermenti maisā

Visa dzīvība uz Zemes sastāv no šūnām. Šūnām ir lipīdu membrānas, kas atdala to iekšējo saturu, citoplazmu, no vides. Lipīdu membrānas ļauj šūnām saglabāt augstu molekulu koncentrāciju, piemēram, nukleotīdus, kas nepieciešami, lai efektīvāk darbotos pašreproduktīvās RNS. Šūnas arī saglabā lielas atšķirības jonu koncentrācijā (koncentrācijas gradientos) visā membrānā, lai veicinātu transporta procesus un šūnu enerģijas metabolismu.

Lipīdi ir hidrofobiski un spontāni savāksies ūdenī, veidojot micellas vai divslāņu pūslīšus. Pūslīši, kas ietver sevī replicējošas RNS un citus enzīmus, pa membrānu uzņem reaģējošās vielas, eksportē produktus, aug lipīdu micellu uzkrāšanās rezultātā un sadalās ar pūslīšu šķelšanos, tiek saukti par proto-šūnām vai protobiontiem un, iespējams, ir bijuši šūnu dzīve.

Zemāk esošajā videoklipā tiek pētītas atšķirības starp ķīmisko un bioloģisko evolūciju, kā arī ķīmiskās evolūcijas piemērs ir izceltas proto-šūnas.

Kurā brīdī evolūcijas procesi, piemēram, dabiskā atlase, sāk virzīt pirmo šūnu izcelsmi?

Bioloģiskā evolūcija attiecas tikai uz dzīviem organismiem. Tātad, tiklīdz tika izveidotas pirmās šūnas ar iedzimtu sistēmu, tās tiks pakļautas evolūcijas procesiem, un dabiskā atlase veicinās pielāgošanos vietējai videi, un populācijas dažādās vidēs tiks pakļautas specifikācijai, jo gēnu plūsma starp izolētām populācijām kļūst ierobežota. .

Tomēr RNS pasaules hipotēze paredz evolūcijas procesus, kas virza pašreprodukējošu RNS molekulu populācijas vai proto-šūnas, kas satur šādas RNS molekulas. RNS molekulas, kas replicējās nepilnīgi, radītu meitas molekulas ar nedaudz atšķirīgām sekvencēm. Tiem, kas labāk atkārtojas vai uzlabo saimniekproto šūnu augšanas replikāciju, būtu vairāk pēcnācēju. Līdz ar to molekulāra pašreprodukējošu RNS molekulu vai proto šūnu populāciju attīstība, kas satur pašreproduktīvas RNS molekulas, veicinātu iespējamo pirmo šūnu veidošanos.

Atsauces un resursi

Bernstein M 2006. Prebiotiskie materiāli no Zemes sākuma un ārpus tās. Philos Trans
R Soc Lond B Biol Sci. 361: 1689-700 diskusija 1700-2. PubMed
PMID: 17008210 PubMed Central PMCID: PMC1664678.


Millera-Ureja eksperiments un pirmatnējās zupas teorija

Eksperimentā tika pārbaudīta pirmatnējā jeb pirmatnējā zupas teorija, kuru patstāvīgi izstrādāja padomju biologs A.I. Oparīns un angļu zinātnieks J.B.S. Haldāne attiecīgi 1924. un 1929. gadā. Teorija atbalsta ideju, ka sarežģītie dzīvības ķīmiskie komponenti uz Zemes radās no vienkāršām molekulām, kas dabiski sastopamas agrīnās Zemes reducējošajā atmosfērā, bez skābekļa. Zibens un lietus aktivizēja minēto atmosfēru, lai radītu vienkāršus organiskus savienojumus, kas veidoja organisku “zupu”. Tā sauktā zupa tika pakļauta papildu izmaiņām, radot sarežģītākus organiskos polimērus un beidzot dzīvību.

Millera-Ureja eksperiments abioģenēzes atbalstam

No iepriekšējā rindkopā paskaidrotā to neapšaubāmi var uzskatīt par klasisku eksperimentu abioģenēzes demonstrēšanai. Tiem, kas nav pazīstami ar šo terminu, abioģenēze ir process, kas ir atbildīgs par dzīvo būtņu attīstību no nedzīvas vai abiotiskas vielas. Tiek uzskatīts, ka tas notika uz Zemes apmēram pirms 3,8 līdz 4 miljardiem gadu.


Dzīvības izcelsme: Stenlija Millera aizmirstie eksperimenti, analizēti

Stenlijs Millers, ķīmiķis, kura nozīmīgais eksperiments tika publicēts 1953. gadā, parādīja, kā dažas dzīvības molekulas varēja veidoties uz jaunas Zemes, atstāja aiz sevis eksperimentālo paraugu kastes, kuras viņš nekad nav analizējis. Pirmā dažu Millera veco paraugu analīze atklāja vēl vienu veidu, kā svarīgas molekulas varēja veidoties Zemes sākumā.

Pētījumā tika atklāts ceļš no vienkāršiem līdz sarežģītiem savienojumiem Zemes prebiotiskās zupas vidū. Pirms vairāk nekā 4 miljardiem gadu aminoskābes varēja savienot kopā, veidojot peptīdus. Šie peptīdi galu galā varēja novest pie olbaltumvielām un fermentiem, kas nepieciešami dzīvības bioķīmijai, kā mēs to zinām.

Jaunajā pētījumā zinātnieki analizēja paraugus no eksperimenta, ko Millers veica 1958. gadā. Reakcijas kolbai Millers pievienoja ķīmisku vielu, kas tolaik nebija plaši izplatīta uz Zemes. Reakcija bija veiksmīgi izveidojusi peptīdus, atklāts jaunais pētījums. Jaunais pētījums arī veiksmīgi atkārtoja eksperimentu un paskaidroja, kāpēc reakcija darbojas.

"Bija skaidrs, ka šī vecā eksperimenta rezultāti nebija kaut kāds artefakts. Tie bija reāli," sacīja Džefrijs Bada, izcils jūras ķīmijas profesors Skripsa okeanogrāfijas institūtā San Diego universitātē. Bada bija bijušais Millera students un kolēģis.

Pētījumu atbalstīja Džordžijas Tehnoloģiju institūta Ķīmiskās evolūcijas centrs, ko kopīgi atbalsta Nacionālais zinātnes fonds un NASA Astrobioloģijas programma. Pētījums tika publicēts žurnālā tiešsaistē 25. jūnijā Angewandte Chemie Starptautiskais izdevums. Darbs galvenokārt bija sadarbība starp UC San Diego un Džordžijas Tehnoloģiju institūtu Atlantā. Ēriks Pārkers, pētījuma galvenais autors, bija bakalaura students Bada laboratorijā un tagad ir Georgia Tech absolvents.

Džefrijs Bada bija Stenlija Millera otrais maģistrants. Abi bija tuvi un sadarbojās Millera karjeras laikā. Pēc tam, kad 1999. gadā Millers piedzīvoja smagu insultu, Bada no Millera laboratorijas mantoja eksperimentālo paraugu kastes. Šķirojot kastes, Bada vienas kastes ārpusē ieraudzīja "elektriskās izlādes paraugu" Millera rokrakstā.

"Es to atvēru un iekšpusē bija visas šīs citas mazās kastītes," sacīja Bada. "I started looking at them, and realized they were from all his original experiments the ones he did in 1953 that he wrote the famous paper in Science on, plus a whole assortment of others related to that. It's something that should rightfully end up in the Smithsonian."

The boxes of unanalyzed samples had been preserved and carefully marked, down to the page number where the experiment was described in Miller's laboratory notebooks. The researchers verified that the contents of the box of samples were from an electric discharge experiment conducted with cyanamide in 1958 when Miller was at the Department of Biochemistry at the College of Physicians and Surgeons, Columbia University.

An electric discharge experiment simulates early Earth conditions using relatively simple starting materials. The reaction is ignited by a spark, simulating lightning, which was likely very common on the early Earth.

The 1958 reaction samples were analyzed by Parker and his current mentor, Facundo M. Fernández, a professor in the School of Chemistry and Biochemistry at Georgia Tech. They conducted liquid chromatography- and mass spectrometry-based analyses and found that the reaction samples from 1958 contained peptides. Scientists from NASA's Johnson Space Center and Goddard Space Flight Center were also involved in the analysis.

The research team then set out to replicate the experiment. Parker designed a way to do the experiment using modern equipment and confirmed that the reaction created peptides.

"What we found were some of the same products of polymerization that we found in the original samples," Parker said. "This corroborated the data that we collected from analyzing the original samples."

In the experiment from 1958, Stanley Miller had the idea to use the organic compound cyanamide in the reaction. Scientists had previously thought that the reaction with cyanamide would work only in acidic conditions, which likely wasn't widely available on early Earth. The new study showed that reactive intermediates produced during the synthesis of amino acids enhanced peptide formation under the basic conditions associated with the spark discharge experiment.

"What we've done is shown that you don't need acid conditions you just need to have the intermediates involved in amino acid synthesis there, which is very reasonable," Bada said.

Why Miller added cyanamide to the reaction will probably never be known. Bada can only speculate. In 1958, Miller was at Columbia University in New York City. Researchers at both Columbia and the close-by Rockefeller Institute were at the center of studies on how to analyze and make peptides and proteins in the lab, which had been demonstrated for the first time in 1953 (the same year that Miller published his famous origin of life paper). Perhaps while having coffee with colleagues someone suggested that cyanamide -- a chemical used in the production of pharmaceuticals -- might have been available on the early Earth and might help make peptides if added to Miller's reaction.

"Everybody who would have been there and could verify this is gone, so we're just left to scratch our heads and say 'how'd he get this idea before anyone else,'" Bada said.

The latest study is part of an ongoing analysis of Stanley Miller's old experiments. In 2008, the research team found samples from 1953 that showed a much more efficient synthesis than Stanley published in Science in 1953. In 2011, the researchers analyzed a 1958 experiment that used hydrogen sulfide as a gas in the electric discharge experiment. The reactions produced a more diverse array of amino acids that had been synthesized in Miller's famous 1953 study. Eric Parker was the lead author on the 2011 study.

"It's been an amazing opportunity to work with a piece of scientific history," Parker said.


Viewpoint: Yes, the theory that life began in the "little warm pond" has supporting evidence from a number of experiments, and competing theories are more problematic.

How Did Life Begin?

The best theory we currently have regarding the origin of life on Earth is that it first originated as the accumulation of organic compounds in a warm body of water. This hypothetical "warm little pond" has supporting evidence from a number of experiments. However, the origin of life is clouded in uncertainty, and the precise mechanisms by which basic chemicals came together to form complex organisms is not known. The lack of evidence from ancient Earth means we may never know precisely how life began. Nevertheless, of all the speculative theories, the warm little pond remains the most promising.

In some ways the nature of this question means that a simple "yes and no" debate is of little value. To begin with, arriving at a satisfactory definition of "life" has proved difficult. While a number of attempts have been made, some definitions are so broad as to include fire and minerals, while others are so narrow they exclude mules (which are sterile).

Another major problem with determining how life began on Earth is the lack of evidence. The fossil record is limited by the fact that almost all rocks over three billion years old have been deformed or destroyed by geological processes. In addition to debating the issue of when life emerged, scientists also debate the conditions of ancient Earth. Some theories posit that early conditions on our planet was extremely cold, while other theories suggest that it was warm and temperate, and even boiling hot. Computer models have suggested that a variety of temperature ranges are possible, but without further evidence there is little consensus.

Life on Earth may have had a number of false starts. Early Earth was subjected to massive geological upheavals, as well as numerous impacts from space. Some impacts could have boiled the ancient oceans, or vaporized them completely, and huge dust clouds could have blocked out sunlight. Life may have begun several times, only to be wiped out by terrestrial or extra-terrestrial catastrophes.

Any theory on the origin of life must contain a great deal of speculation. What scientists can agree upon are the general characteristics that define life from non-life. Early life must have had the ability to self-replicate, in order to propagate itself and survive. Self-replication is a tricky process, implying a genetic memory, energy management and internal stability within the organism, and molecular cooperation. Just how the ingredients of the "primordial ooze" managed to go from simple chemical process to complex self-replication is not understood. Moreover, the process of replication could not have been exact, in order for natural selection to occur. Occasional "mistakes" in the replication process must have given rise to organisms with new characteristics.

Life from a Chemical Soup

The modern debate on the origin of life was inaugurated by Charles Darwin. In a letter to a fellow scientist he conjectured that life originated when chemicals, stimulated by heat, light, or electricity, began to react with each other, thereby generating organic compounds. Over time these compounds became more complex, eventually becoming life. Darwin imagined that this process might occur in shallow seas, tidal pools, or even a "little warm pond." Later theorists have suggested variations on this theme, such as a primordial ocean of soup-like consistency, teeming with the basic chemical ingredients needed for life. While Darwin and his contemporaries saw life as a sudden spontaneous creation from a chemical soup, modern theories

In the early 1950s the "little warm pond" theory of life was given strong experimental support by the work of Harold Urey and Stanley Miller. Miller, a student of Urey, filled a glass flask with methane (natural gas), hydrogen, and ammonia. In a lower flask he placed a small pool of water. He then applied electric shocks to mimic lightning. The results were more than either scientist had hoped for—within a week Miller had a rich reddish broth of amino acids. Amino acids are used by all life on Earth as the building blocks for protein, so Miller's experiment suggested that the building blocks of life were easy to make, and would have been abundant on early Earth.

Further experiments by Sidney W. Fox showed that amino acids could coagulate into short protein strands (which Fox called proteinoids). It seemed that scientists were on the verge of creating life from scratch in a test tube. However, Fox's work now appears to be something of a dead end, as there is no further step to take after proteinoids. Proteins and proteinoids are not self-replicating, and so either there are missing steps in the process, or something altogether different occurred. Miller's work, too, has lost some of its shine, as there are now strong doubts that the atmosphere of ancient Earth contained the gases he used in his experiment. It is possible that rather than methane, hydrogen, and ammonia the early atmosphere was rich in carbon dioxide and nitrogen.

Even if amino acids were common on early Earth there is still the question of how these simple compounds gave rise to the complexity of life, and to DNA, the double helix that contains the genetic code. DNA cannot replicate without catalytic proteins, or enzymes, but the problem is that the DNA forms those proteins. This creates something of a chicken-and-egg paradox. One possible explanation is that before the world of DNA there was an intermediate stage, and some scientists have suggested that RNA is the missing gap. RNA is similar to DNA, but is made of a different sugar (ribose), and is single-stranded. RNA copies instruction from DNA and ferries them to the chemical factories that produce proteins in the cell. RNA may have come first, before DNA. The RNA world may have provided a bridge to the complexity of DNA. However, RNA is very difficult to make in the probable conditions of early Earth, and RNA only replicates with a great deal of help from scientists. Some theorists think there was another, more simple, stage before RNA, but again, no evidence has been found.

Other Theories on the Origin of Life

Because of the difficulties with the warm little pond theory and its variants a number of new theories have recently emerged to challenge it. Many of these theories are interesting, intriguing, and even possible. However, they all have unanswered questions, making them even more problematic than the idea of the "little warm pond."

Several decades ago scientists were amazed to discover organisms that live in very hot conditions. Dubbed thermophiles, these hot-living bacteria have been found in spring waters with temperatures of 144ଏ (80ଌ), and some species near undersea volcanic vents at the boiling point of water. There is even some evidence of under-ground microbes at even higher temperatures (336ଏ [169ଌ]). The discovery of such hardy organisms has led some to speculate that life originated not in a warm pond, but in a very hot one. Perhaps ancient Earth was peppered with meteor and comet impacts, raising temperatures and boiling oceans, but also providing the necessary chemical compounds to create life. Or possibly hot magma from volcanic sources provided the vital gases and compounds, and the energy, to assemble the first living organisms.

A variant of this theory considers the undersea volcanic vents as the birthplace of life, with the chemical ingredients literally cooked into life. There are even those who champion a deeper, hotter, underground origin for life. Underwater and underground origins have some advantages over other theories. Such depth might make early life safe from the heavy bombardment of material from space the planet received, depending on the size of the object striking Earth and the depth of the water. They would also be safe from other surface dangers, such as intense ultraviolet radiation. There is even some genetic evidence to support these hot theories, as thermophiles do seem to date back to near the beginnings of the tree of life. However, whether they were the trunk of the tree, or merely an early branch, is not known. There is also the question of how these hot organisms could have moved into cooler areas. Some theorists argue that it is easier to go from cool to hot, not the other way around. Also, environments such as undersea volcanic vents are notoriously unstable, and have fluctuations that can cause local temperature variation that would destroy rather than create complex organic compounds.

Some theorists have gone to the other extreme of the temperature scale, and envision life beginning on a cold, freezing ancient Earth. Just as hot microbes have been discovered, so have organisms capable of surviving the Antarctic cold. Some suggest these as our common ancestors. Again, there are some advantages to such a theory. Compounds are more stable at colder temperatures, and so would survive longer once formed. However, the cold would inhibit the synthesis of compounds, and the mobility of any early life. Also, the premise that ancient Earth was a cold place is not widely accepted.

Others have looked to the heavens for the origins of life. The early solar system was swarming with meteors and comets, many of which plummeted to Earth. Surprisingly there are many organic compounds in space. One theory suggests that the compounds needed to form the primordial soup may have arrived from space, either from collisions, or just from near misses from comet clouds. Even today a constant rain of microscopic dust containing organic compounds still falls from the heavens. Could the contents of the little warm pond have come from space?

There are also suggestions that life may have arrived from space already formed. Living cells could possibly make the journey from other worlds, perhaps covered by a thin layer of protective ice. The recent uncovering of a meteorite that originated on Mars has leant support to this theory. There is some suggestion that the meteorite contains fossilized microorganisms, but most scientists doubt this claim. However, the collision of comets and meteors is far more likely to have hindered the development of life than help create it. Objects that would have been large enough to supply a good amount of organic material would have been very destructive when they hit. It seems probable that life began on Earth, rather than in space somewhere. Also, the idea that life may have traveled to Earth does not help explain its origin it merely transposes the problem to some distant "little warm pond" on another world.

There are a number of other theories proposing various origins of life that have appeared in recent years. Gunter Wachtershauser, a German patent lawyer with a doctorate in organic chemistry, has suggested that life began as a film on the surface of fools gold (pyrite). Some small experiments have given it some credence, but the idea is still at the extreme speculative stage. Sulfur is the key ingredient in some other theories, such as the Thioester theory of Christian R. de Duve. Thioesters are sulfur-based compounds that Duve speculates may have been a source of energy in primitive cells. In the primal ooze thioesters could have triggered chemical reactions resembling those in modern cellular metabolism, eventually giving rise to RNA. However, again there is a lack of supporting experimental evidence.

All of these new theories suffer from the same problems that beset the standard interpretation. That is, the difficulty of going from simple chemical process to self-replicating organisms. Many of these new theories are merely new twists on the original warm little pond concept. Some are boiling ponds, others are cold, but only a few offer completely different ways of viewing the origin of life. While some of these theories have some strong points, they have yet to provide the hard evidence to support the speculation. None of them has gained enough support to topple the "little warm pond" from its place as the most likely theory we have. There is much supporting evidence for the standard theory, in the form of Miller's experiments and the work on RNA. Darwin's throw-away comment in a letter may have led to more than he bargained for, but his theory on the origin of life still remains the best and most useful theory we currently have.


Miller-Urey Experiment

A classic experiment in molecular biology and genetics, the Miller-Urey experiment, established that the conditions that existed in Earth ’ s primitive atmosphere were able to produce amino acids, the subunits of proteins (complex carbon-containing molecules required by all living organisms). The Miller-Urey experiment fundamentally established that Earth ’ s primitive atmosphere was capable of producing the building blocks of life from inorganic materials.

In 1953, University of Chicago researchers Stanley L. Miller and Harold C. Urey set up an experimental investigation into the molecular origins of life. Their innovative experimental design consisted of the introduction of molecules thought to exist in early Earth ’ s primitive atmosphere into a closed chamber. Metāns (CH4), hydrogen (H2), and ammonia (NH3) gases were introduced into a moist environment above a water-containing flask. To simulate primitive lightning discharges, Miller supplied the system with electrical current (sparks).

After a few days, Miller observed that the flask contained organic compounds and that some of these compounds were the amino acids that serve as the essential building blocks of protein. Using chromatological analysis, Miller continued his experimental observations and confirmed the ready formation of amino acids, hydroxy acids, and other organic compounds.

Although the discovery of amino acid formation was of tremendous significance in establishing that the raw materials of proteins were easy to obtain in a primitive earth environment, there remained a larger question as to the nature of the origin of genetic materials — in particular, the origin of DNA and RNA molecules.

Continuing on the seminal work of Miller and Urey, in the early 1960s Juan Oro discovered that the nucleotide base adenine could also be synthesized under primitive Earth conditions. Oro used a mixture of ammonia and hydrogen cyanide (HCN) in a closed aqueous enviroment.

Oro ’ s findings of adenine, one of the four nitrogenous bases that combine with a phosphate and a sugar (deoxyribose for DNA and ribose for RNA) to form the nucleotides represented by the genetic code: (adenine (A), thymine (T), guanine (G), and cytosine (C). In RNA molecules, the nitrogenous base uracil (U) substitutes for thymine. Adenine is also a fundamental component of adenosine triphosphate (ATP), a molecule important in many genetic and cellular functions.

Subsequent research provided evidence of the formation of the other essential nitrogenous bases needed to construct DNA and RNA.

The Miller-Urey experiment remains the subject of scientific debate. Scientists continue to explore the nature and composition of earth ’ s primitive atmosphere and thus, continue to debate the relative closeness of the conditions of the Miller-Urey experiment (e.g., whether or not Miller ’ s application of electrical current supplied relatively more electrical energy than did lightning in the primitive atmosphere). Subsequent experiments using alternative stimuli (e.g., ultraviolet light) also confirm the formation of amino acids from the gases present in the Miller-Urey experiment. During the 1970s and 1980s, astrobiologists and astrophyicists, including American physicist Carl Sagan, asserted that ultraviolet light bombarding the primitive atmosphere was far more energetic that even continual lightning discharges. Amino acid formation is greatly enhanced by the presence of an absorber of ultraviolet radiation such as the hydrogen sulfide molecules (H2S) also thought to exist in the early earth atmosphere.

Although the establishment of the availability of the fundamental units of DNA, RNA and proteins was a critical component to the investigation of the origin of biological molecules and life on earth, the simple presence of these molecules is a long step from functioning cells. Scientists and evolutionary biologists propose a number of methods by which these molecules could concentrate into a crude cell surrounded by a primitive membrane.

Scientific opinion about whether Miller-Urey assumptions about the chemical makeup of the early Earth ’ s atmosphere were correct has seesawed over the decades. Most recently, in 2005, several independent studies concluded that the Miller-Urey assumptions were probably approximately correct.


Secinājums

Life did not arise by physics and chemistry without intelligence. The intelligence needed to create life, even the simplest life, is far greater than that of humans we are still scratching around trying to understand fully how the simplest life forms work. There is much yet to be learned of even the simplest bacterium. Indeed, as we learn more the &lsquoproblem&rsquo of the origin of life gets more difficult a solution does not get nearer, it gets further away. But the real problem is this: the origin of life screams at us that there is a super-intelligent Creator of life and that is just not acceptable to the secular mind of today.

The origin of life is about as good as it gets in terms of scientific &lsquoproof&rsquo for the existence of God.


Skatīties video: VARI DARI eksperiments - Nedegošais balons (Janvāris 2022).