การทดลองของมิลเลอร์

เมื่อวันที่ 15 พฤษภาคม พ.ศ. 1953 นักเคมีวัย 23 ปีได้ตีพิมพ์ผลการทดลองที่สำคัญต่อชีววิทยาในวารสาร Science ซึ่งเป็นการเปิดทางสู่ความรู้ทางวิทยาศาสตร์สาขาใหม่ ชายหนุ่มคนนี้คือสแตนลีย์ แอล. มิลเลอร์ งานของเขาเป็นผู้บุกเบิกสาขาวิชาเคมีพรีไบโอติกที่เรารู้จักในปัจจุบัน และได้ให้เบาะแสเบื้องต้นเกี่ยวกับชีวิตที่ปรากฏบนโลก ดิ การทดลองของมิลเลอร์ เป็นที่รู้จักกันดีในโลกของวิทยาศาสตร์

ดังนั้น เราจะอุทิศบทความนี้เพื่อบอกคุณทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับการทดลองของ Miller และประกอบด้วยอะไรบ้าง

แผ่นดินดึกดำบรรพ์

สแตนลีย์ มิลเลอร์ เพิ่งจบการศึกษาด้านเคมีและย้ายไปที่มหาวิทยาลัยชิคาโกด้วยแนวคิดเกี่ยวกับวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอก ภายในเวลาไม่กี่เดือนหลังจากทำงาน Harol C. Urey ผู้ได้รับรางวัลโนเบลได้เข้าเรียนที่วิทยาลัยและมิลเลอร์เข้าร่วมการสัมมนาเรื่องต้นกำเนิดของโลกและบรรยากาศในยุคแรก การบรรยายดึงดูดใจมิลเลอร์มากจนตัดสินใจเปลี่ยนหัวข้อวิทยานิพนธ์และนำเสนอการทดลองที่ไม่เคยลองทำมาก่อนให้ยูริ

ในเวลานั้น นักชีวเคมีชาวรัสเซีย Alexander I Opalin ได้ตีพิมพ์หนังสือชื่อ "The Origin of Life". ในนั้น เขาอธิบายว่ากระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นเองนำไปสู่การเกิดขึ้นของรูปแบบชีวิตแรก ซึ่งค่อยๆ พัฒนาขึ้นในช่วงเวลาหลายล้านปี

ประมาณ 4 พันล้านปีก่อน โมเลกุลอนินทรีย์ของโลกดึกดำบรรพ์จะทำปฏิกิริยาเพื่อผลิตโมเลกุลอินทรีย์ชนิดแรก จากที่นี่โมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้น และในที่สุดสิ่งมีชีวิตแรก

Oparin จินตนาการถึงดินแดนดึกดำบรรพ์ที่แตกต่างจากแผ่นดินปัจจุบันอย่างสิ้นเชิง ก่อนที่มันจะแปลงร่างโดยสิ่งมีชีวิตเอง

เบาะแสจากการทดลองของมิลเลอร์

เงื่อนงำประการหนึ่งว่าโลกยุคแรกนี้เป็นอย่างไรขึ้นอยู่กับความรู้ทางดาราศาสตร์ที่มีอยู่ สมมติว่าโลกและดาวเคราะห์ดวงอื่นในระบบสุริยะมาจากเมฆก๊าซและฝุ่นเดียวกัน องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศของโลกอาจคล้ายกับดาวเคราะห์อย่างดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ ดังนั้น มีแนวโน้มว่าจะอุดมไปด้วยมีเทน ไฮโดรเจน และแอมโมเนีย นี่จะเป็นบรรยากาศที่ลดลงด้วยความเข้มข้นของออกซิเจนที่ต่ำมากเพราะเป็นการมีส่วนร่วมในช่วงปลายของแบคทีเรียสังเคราะห์แสงตัวแรก

พื้นผิวโลกจะจมอยู่ในน้ำ มหาสมุทรอุดมไปด้วยโมเลกุลเคมี Oparin จินตนาการถึงมหาสมุทรโบราณว่าเป็นซุปดึกดำบรรพ์ที่อุดมไปด้วยโมเลกุลเคมี

โลกยุคแรกนี้จะมีความปั่นป่วนมากกว่าโลกปัจจุบันมาก โดยมีภูเขาไฟระเบิดบ่อยครั้ง พายุไฟฟ้าบ่อยครั้ง และการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ที่รุนแรง (ไม่มีชั้นโอโซนเพื่อหลีกเลี่ยงรังสีอัลตราไวโอเลต) กระบวนการเหล่านี้ พวกมันจะให้พลังงานสำหรับปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในมหาสมุทรและในที่สุดจะนำไปสู่การเกิดขึ้นของชีวิต

นักวิทยาศาสตร์หลายคนรวมทั้งยูริได้แบ่งปันความคิดเหล่านี้ แต่นั่นเป็นการเก็งกำไรล้วนๆ ไม่มีใครได้ลอง น้อยกว่านั้นมากหากได้รับการทดสอบ จนกระทั่งมิลเลอร์ปรากฏตัว

การทดลองของมิลเลอร์ในเชิงลึก

มิลเลอร์จินตนาการถึงการทดลองที่จะทดสอบสมมติฐานของยูริและโอปาลิน และชักชวนให้ยูริดำเนินการตามนั้น การทดลองที่เสนอนี้เกี่ยวข้องกับการผสมก๊าซที่เชื่อว่ามีอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลกยุคแรก เช่น มีเทน แอมโมเนีย ไฮโดรเจน และไอน้ำ และทดสอบว่าพวกมันสามารถทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันเพื่อผลิตสารประกอบอินทรีย์ได้หรือไม่ คุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระบวนการดำเนินการภายใต้สภาวะที่ไม่ใช้ออกซิเจน (นั่นคือไม่มีออกซิเจน) และไม่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบที่มีชีวิตที่สามารถส่งเสริมปฏิกิริยาได้

ด้วยเหตุนี้ เขาจึงออกแบบอุปกรณ์แก้วแบบปิดที่มีกระติกน้ำและท่อ ออกซิเจนเข้าไปไม่ได้ และเขาได้ฆ่าเชื้อวัสดุทั้งหมดเพื่อกำจัดทุกรูปแบบชีวิต เขาเทน้ำเล็กน้อยซึ่งเป็นตัวแทนของมหาสมุทรดึกดำบรรพ์ลงในขวด เขาเติมก๊าซมีเทน ไฮโดรเจน และแอมโมเนียในขวดอีกขวดเป็นบรรยากาศดั้งเดิม

ด้านล่าง คาปาซิเตอร์ยอมให้สารที่ก่อตัวในบรรยากาศเย็นตัวและทำให้เป็นของเหลวผ่านการคายประจุที่เกิดจากอิเล็กโทรดทั้งสอง ซึ่งจะจำลองผลกระทบของฟ้าผ่า

มิลเลอร์ทำการทดลองในคืนหนึ่ง เมื่อฉันกลับมาที่ห้องแล็บในเช้าวันรุ่งขึ้น น้ำในขวดกลายเป็นสีเหลือง หลังผ่าตัด XNUMX สัปดาห์วิเคราะห์น้ำสีน้ำตาลแล้วพบว่ามีการผลิตสารประกอบหลายอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนรวมทั้งกรดอะมิโน XNUMX ชนิด (สารประกอบที่สิ่งมีชีวิตทุกชนิดใช้เป็นวัสดุสร้างเซลล์) (โปรตีน)

การทดลองของมิลเลอร์แสดงให้เห็นว่าหากสภาพแวดล้อมเหมาะสม โมเลกุลอินทรีย์สามารถเกิดขึ้นได้เองจากโมเลกุลอนินทรีย์ธรรมดา

โมเลกุลอินทรีย์จากอวกาศ

อย่างไรก็ตาม ไม่กี่ปีต่อมา นักวิทยาศาสตร์สรุปว่าระดับการลดลงของบรรยากาศช่วงแรกนั้นต่ำกว่าที่ยูริและมิลเลอร์คิดไว้ และอาจประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจน การทดลองใหม่แสดงให้เห็นว่าภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ การสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์มีน้อยมาก. เป็นการยากที่จะจินตนาการว่าซุปรสเลิศสามารถให้ชีวิตได้ แต่แล้ววิธีแก้ปัญหาก็ปรากฏขึ้น ไม่ใช่จากการทดลองใหม่บนโลก แต่ ... จากอวกาศ

ในปี 1969 อุกกาบาตที่ก่อตัวเมื่อ 4.600 พันล้านปีก่อนตกลงใกล้เมืองเมอร์ชิสัน ประเทศออสเตรเลีย หลังจากการวิเคราะห์ พบว่ามีโมเลกุลอินทรีย์หลายชนิด รวมทั้งกรดอะมิโนและสารประกอบอื่นๆ ที่มิลเลอร์สังเคราะห์ขึ้นในห้องปฏิบัติการ

ด้วยวิธีนี้ หากสภาพของโลกดึกดำบรรพ์ไม่เหมาะกับการก่อตัวของโมเลกุลอินทรีย์ วัตถุต่างด้าวอาจใช้สารเคมีมากพอที่จะปรุงรสซุปพรีไบโอติกของโลก และให้เราเห็นชีวิตเป็นครั้งแรก

ในปัจจุบัน ผู้เชี่ยวชาญดูเหมือนจะมีแนวโน้มที่จะลดบรรยากาศเดิมอีกครั้ง และมีแนวโน้มมากขึ้นต่อผลลัพธ์ของมิลเลอร์ ดังนั้นจึงเป็นที่ยอมรับได้ว่าหากชั้นบรรยากาศของโลกหดตัวลง ก็มีแนวโน้มมากที่สุดที่จะสังเคราะห์สารประกอบที่จำเป็นสำหรับชีวิตบนโลก และถ้าชั้นบรรยากาศของเราเกิดสนิม อุกกาบาตและนิวเคลียสของดาวหางก็อาจเกิดจากอุกกาบาต

อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าจะเริ่มต้นบนโลกของเราหรือนอกโลก การทดสอบต่างๆ ได้แสดงให้เห็นว่าสารประกอบอินทรีย์สามารถเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมีที่ค่อนข้างง่าย

ฉันหวังว่าด้วยข้อมูลนี้ คุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการทดลองของมิลเลอร์