في تجربة ميلر ويوري تتكون من إنتاج الجزيئات العضوية باستخدام الجزيئات غير العضوية أبسط في بدء المواد في ظل ظروف معينة. كان الهدف من التجربة هو إعادة إنشاء الظروف القديمة لكوكب الأرض.
كان القصد من الاستجمام المذكور هو التحقق من الأصل المحتمل للجزيئات الحيوية. في الواقع ، حققت المحاكاة إنتاج جزيئات - مثل الأحماض الأمينية والأحماض النووية - الضرورية للكائنات الحية.
قبل ميلر وأوري: منظور تاريخي
لطالما كان تفسير أصل الحياة موضوع نقاش مكثف ومثير للجدل. خلال عصر النهضة ، كان يعتقد أن الحياة نشأت فجأة ومن العدم. تُعرف هذه الفرضية بالتوليد التلقائي.
في وقت لاحق ، بدأ التفكير النقدي للعلماء في الظهور وتجاهلت الفرضية. ومع ذلك ، ظل السؤال المطروح في البداية غير واضح.
في عشرينيات القرن الماضي ، استخدم العلماء في ذلك الوقت مصطلح "الحساء البدائي" لوصف بيئة محيطية افتراضية نشأت فيها الحياة على الأرجح.
كانت المشكلة هي اقتراح أصل منطقي للجزيئات الحيوية التي تجعل الحياة ممكنة (الكربوهيدرات والبروتينات والدهون والأحماض النووية) من الجزيئات غير العضوية.
في الخمسينيات من القرن الماضي ، قبل تجارب ميلر وأوري ، نجحت مجموعة من العلماء في تصنيع حمض الفورميك من ثاني أكسيد الكربون. نُشر هذا الاكتشاف الهائل في مجلة Science المرموقة.
من ماذا تتكون؟
بحلول عام 1952 ، صمم ستانلي ميلر وهارولد أوري بروتوكولًا تجريبيًا لمحاكاة البيئة البدائية في نظام مبتكر من الأنابيب الزجاجية والأقطاب الكهربائية الخاصة ببنائهم.
يتكون النظام من دورق من الماء ، على غرار المحيط البدائي. كان متصلاً بهذه القارورة كان آخر مع مكونات بيئة البريبايوتك المفترضة.
استخدم Miller و Urey النسب التالية لإعادة إنشائه: 200 مم زئبق من الميثان (CH 4) ، 100 مم زئبقي من الهيدروجين (H 2) ، 200 مم زئبقي من الأمونيا (NH 3) ، و 200 مل من الماء (H 2 O).
يحتوي النظام أيضًا على مكثف ، كانت وظيفته تبريد الغازات كما يفعل المطر عادة. وبالمثل ، قاموا بدمج قطبين كهربائيين قادرين على إنتاج جهد عالي ، بهدف إنشاء جزيئات عالية التفاعل من شأنها تعزيز تكوين الجزيئات المعقدة.
سعت هذه الشرارات إلى محاكاة صواعق البرق المحتملة والبرق من بيئة البريبايوتيك. انتهى الجهاز بجزء على شكل "U" يمنع البخار من التحرك في الاتجاه المعاكس.
تعرضت التجربة لصدمات كهربائية لمدة أسبوع ، في نفس الوقت الذي تم فيه تسخين الماء. عملية التسخين تحاكي الطاقة الشمسية.
النتائج
كان الخليط التجريبي نظيفًا تمامًا في الأيام الأولى. على مر الأيام ، بدأ الخليط يأخذ لونًا ضارب إلى الحمرة. في نهاية التجربة ، أخذ هذا السائل لونًا أحمر كثيفًا شبه بني وزادت لزوجته بشكل ملحوظ.
حققت التجربة هدفها الرئيسي وتم إنشاء الجزيئات العضوية المعقدة من المكونات الافتراضية للغلاف الجوي المبكر (الميثان والأمونيا والهيدروجين وبخار الماء).
تمكن الباحثون من تحديد آثار الأحماض الأمينية ، مثل الجلايسين ، والألانين ، وحمض الأسبارتيك ، والحمض الأميني- n- الزبداني ، وهي المكونات الرئيسية للبروتينات.
ساهم نجاح هذه التجربة في استمرار الباحثين الآخرين في استكشاف أصل الجزيئات العضوية. من خلال إضافة تعديلات على بروتوكول Miller و Urey ، تم إعادة إنشاء الأحماض الأمينية العشرين المعروفة.
يمكن أيضًا إنتاج النيوكليوتيدات ، وهي اللبنات الأساسية للمادة الجينية: DNA (حمض الديوكسي ريبونوكلييك) و RNA (الحمض النووي الريبي).
أهمية
تمكنت التجربة من التحقق تجريبيًا من ظهور الجزيئات العضوية وتقترح سيناريو جذابًا للغاية لشرح الأصل المحتمل للحياة.
ومع ذلك ، يتم إنشاء معضلة متأصلة ، حيث أن جزيء الحمض النووي مطلوب لتخليق البروتين والحمض النووي الريبي. دعونا نتذكر أن العقيدة المركزية في علم الأحياء تقترح أن الحمض النووي يُنسخ إلى الحمض النووي الريبي وهذا يُنسخ إلى البروتينات (تُعرف استثناءات هذه الفرضية ، مثل الفيروسات القهقرية).
فكيف تتشكل هذه الجزيئات الحيوية من مونومراتها (الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات) دون وجود الحمض النووي؟
لحسن الحظ ، تمكن اكتشاف الريبوزيمات من توضيح هذا التناقض الظاهري. هذه الجزيئات عبارة عن رنا محفز. هذا يحل المشكلة لأن نفس الجزيء يمكن أن يحفز ويحمل المعلومات الجينية. هذا هو سبب وجود فرضية عن عالم الرنا البدائي.
يمكن لنفس الحمض النووي الريبي استنساخ نفسه والمشاركة في تكوين البروتينات. يمكن أن يأتي الحمض النووي بطريقة ثانوية ويتم اختياره كجزيء وراثي على الحمض النووي الريبي.
يمكن أن تحدث هذه الحقيقة لعدة أسباب ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الحمض النووي أقل تفاعلًا وأكثر استقرارًا من الحمض النووي الريبي.
الاستنتاجات
يمكن تلخيص الاستنتاج الرئيسي لهذا التصميم التجريبي بالبيان التالي: يمكن أن يكون أصل الجزيئات العضوية المعقدة من جزيئات غير عضوية أبسط ، إذا تعرضت لظروف الغلاف الجوي البدائي المفترض مثل الفولتية العالية والأشعة فوق البنفسجية وانخفاض محتوى الاكسجين.
علاوة على ذلك ، تم العثور على بعض الجزيئات غير العضوية التي تعتبر مرشحة مثالية لتشكيل بعض الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات.
تسمح لنا التجربة بمراقبة كيف يمكن أن تكون اللبنات الأساسية للكائنات الحية ، على افتراض أن البيئة البدائية تتوافق مع الاستنتاجات الموصوفة.
من المحتمل جدًا أن العالم قبل ظهور الحياة كان يحتوي على مكونات أكثر عددًا وتعقيدًا من تلك التي استخدمها ميلر.
على الرغم من أنه يبدو من غير المعقول اقتراح أصل الحياة بدءًا من هذه الجزيئات البسيطة ، إلا أن ميللر كان قادرًا على التحقق من ذلك من خلال تجربة خفية ومبتكرة.
انتقاد التجربة
لا تزال هناك نقاشات وخلافات حول نتائج هذه التجربة وحول كيفية نشوء الخلايا الأولى.
يُعتقد حاليًا أن المكونات التي استخدمها ميلر لتشكيل الغلاف الجوي البدائي لم تتطابق مع حقيقة ذلك. نظرة أكثر حداثة تعطي البراكين دورًا مهمًا وتقترح أن الغازات التي تنتجها هذه الهياكل تنتج المعادن.
كما تم التشكيك في نقطة رئيسية في تجربة ميلر. يعتقد بعض الباحثين أن الغلاف الجوي كان له تأثير ضئيل على تكوين الكائنات الحية.
المراجع
- بادا ، جي إل ، وكليفز ، إتش جي (2015). محاكاة AB وتجربة ميلر لتخليق البريبايوتك. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، 112 (4) ، E342-E342.
- كامبل ، NA (2001). علم الأحياء: المفاهيم والعلاقات. تعليم بيرسون.
- Cooper، GJ، Surman، AJ، McIver، J.، Colón - Santos، SM، Gromski، PS، Buchwald، S.،… & Cronin، L. (2017). Miller - Urey Spark-Discharge تجارب في عالم الديوتيريوم. Angewandte Chemie ، 129 (28) ، 8191-8194.
- Parker، ET، Cleaves، JH، Burton، AS، Glavin، DP، Dworkin، JP، Zhou، M.،… & Fernández، FM (2014). إجراء تجارب ميلر أوري. مجلة التجارب المرئية: JoVE ، (83).
- Sadava، D.، & Purves، WH (2009). الحياة: علم الأحياء. عموم أمريكا الطبية Ed.