Эксперимент Миллера—Юри

Молекулы, необходимые для жизни, могли возникать в ходе химических реакций на заре развития Земли.

4,5 миллиарда лет назад, когда возникла Земля, она представляла собой раскаленный безжизненный шар. Сегодня же на ней в изобилии встречаются разные формы жизни. В связи с этим возникает вопрос: какие изменения происходили на нашей планете с момента ее образования и по сегодняшний день, и главное — как на безжизненной Земле возникли молекулы, образующие живые организмы? В 1953 году в Чикагском университете был поставлен эксперимент, сегодня ставший классическим. Он указал ученым путь к ответу на этот фундаментальный вопрос.

В 1953 году Гарольд Юри был уже Нобелевским лауреатом, а Стэнли Миллер — всего лишь его аспирантом. Идея эксперимента Миллера была простой: в полуподвальной лаборатории он воспроизвел атмосферу древнейшей Земли, какой она была по мнению ученых, и со стороны наблюдал за тем, что происходит. При поддержке Юри он собрал простой аппарат из стеклянной сферической колбы и трубок, в котором испарявшиеся вещества циркулировали по замкнутому контуру, охлаждались и вновь поступали в колбу. Миллер заполнил колбу газами, которые, по мнению Юри и русского биохимика Александра Опарина (1894–1980), присутствовали в атмосфере на заре формирования Земли, — водяным паром, водородом, метаном и аммиаком. Чтобы сымитировать солнечное тепло, Миллер нагревал колбу на бунзеновской горелке, а чтобы получить аналог вспышек молний — вставил в стеклянную трубку два электрода. По его замыслу, материал, испаряясь из колбы, должен был поступать в трубку и подвергаться воздействию электрического искрового разряда. После этого материал должен был охлаждаться и возвращаться в колбу, где весь цикл начинался вновь.

После двух недель работы системы жидкость в колбе стала приобретать темный красно-коричневый оттенок. Миллер провел анализ этой жидкости и обнаружил в ней аминокислоты — основные структурные единицы белков. Так у ученых появилась возможность изучать происхождение жизни с точки зрения основных химических процессов. Начиная с 1953 года с помощью усложненных вариантов эксперимента Миллера—Юри, как стали его с тех пор называть, были получены все виды биологических молекул — включая сложные белки, необходимые для клеточного метаболизма, и жировые молекулы, называемые липидами и образующие мембраны клетки. По-видимому, тот же результат мог бы быть получен и при использовании вместо электрических разрядов других источников энергии — например, тепла и ультрафиолетового излучения. Так что почти не остается сомнений в том, что все компоненты, необходимые для сборки клетки, могли быть получены в химических реакциях, происходивших на Земле в древнейшие времена.

Ценность эксперимента Миллера—Юри состоит в том, что он показал, что вспышки молний в атмосфере древней Земли за несколько сот миллионов лет могли вызвать образование органических молекул, попадавших вместе с дождем в «первичный бульон» (см. также Теория эволюции). Не установленные до сих пор химические реакции, происходящие в этом «бульоне», могли привести к образованию первых живых клеток. В последние годы возникают серьезные вопросы по поводу того, как развивались эти события, в частности подвергается сомнению присутствие аммиака в атмосфере древнейшей Земли. Кроме того, предложено несколько альтернативных сценариев, которые могли привести к образованию первой клетки, начиная от ферментативной активности биохимической молекулы РНК и кончая простыми химическими процессами в океанских глубинах. Некоторые ученые даже предполагают, что происхождение жизни имеет отношение к новой науке о сложных адаптивных системах и что не исключено, что жизнь — это неожиданное свойство материи, возникающие скачкообразно в определенный момент и отсутствующее у ее составных частей. В наши дни эта область знаний переживает период бурного развития, в ней появляются и проходят проверку различные гипотезы. Из этого водоворота гипотез должна появиться теория о том, как же возникли наши самые далекие предки.

См. также:
ДНК
Стэнли Ллойд МИЛЛЕР
Стэнли Ллойд МИЛЛЕР
Stanley Lloyd Miller, р. 1930

Американский химик. Родился в Окленде, штат Калифорния, получил образование в Калифорнийском университете в Беркли и в Чикагском университете. Начиная с 1960 года профессиональная деятельность Миллера была в основном связана с Калифорнийским университетом в Сан-Диего, где он занимал должность профессора химии. За работу по проведению эксперимента Миллера—Юри был удостоен звания научного сотрудника в Калифорнийском технологическом институте.


Гарольд Клейтон ЮРИ
Гарольд Клейтон ЮРИ
Harold Clayton Urey, 1893–1981

Американский химик. Родился в Уолкертоне, штат Индиана, в семье священника. Изучал зоологию в университете штата Монтана и получил докторскую степень по химии в Калифорнийском университете в Беркли. Впервые применил физические методы в химии и в 1934 году был удостоен Нобелевской премии в области химии за открытие дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Позднее его деятельность была связана в основном с изучением различий в скорости химических реакций при использовании разных изотопов.


22
Показать комментарии (22)
Свернуть комментарии (22)

  • Kijivljanin  | 09.03.2006 | 05:23 Ответить
    Самое главное в этой статье замечание про очень сложные и все более сложные условия и процессы опытов, этим все сказано, хотя бы взять нагревание, а потом охлаждение, колбочку, защищаующую от внешней среды и т.д. Все это невозможно перенести в реальную обстановку, фикция все это псевдонаучная, такая жизнь только в лаборатории может получаться, да и то никогда не получится. Бред.
    Ответить
    • alisss > Kijivljanin | 15.04.2006 | 18:15 Ответить
      вот уже какой раз нарываюсь на Ваши скептические комментарии
      простите, а кто Вы по образованию? и как Ваше ФИО, может я читала Ваши работы?
      и, почему же все это псевдонаука?
      Ответить
      • kosta6808 > alisss | 14.12.2009 | 18:26 Ответить
        Жизнь так и не появилась, к сожалению...
        Ответить
    • vlad2006 > Kijivljanin | 17.07.2006 | 22:51 Ответить
      согласен
      Ответить
    • Сокорнов > Kijivljanin | 02.10.2015 | 22:34 Ответить
      А почему бред? Колбочка защищала от современной среды, переполненной органическими веществами. Дабы быть уверенным, что вся органика внутри - исключительно результат внутренних процессов. На безжизненной планете (предположительно не содержащей органики) эт самая колбочка, само собой, не нужна.
      Нагревание а потом охлаждение - вполне нормальные для любой вращающейся планеты, с гидросферой, осадками и вулканической деятельностью, процессы. Ну и? Вполне корректная лабораторная модель.
      Какие претензии? Давайте-ка конкретно. А то бредом-то всё что угодно обозвать можно.
      Ответить
  • prometheus  | 03.12.2007 | 16:01 Ответить
    В нашем универе, теория зарождения жизни на Земле в результате химических реакций - называлась теория академика Опарина. Это старые работы, прошлый век.

    Эта теория не состоятельна.

    1) В результате химических реакций образуются "неживые" амминокислоты, т.е. белки, которые не входят в состав живых существ. Остатки таких амминокислот часто встречаются в метеоритах. Насколько я помню биологию есть только 22-е (точное число сейчас не вспомню) незаменимых амминокислоты, которые являются базовыми для живых существ, они являются кирпичами для всего остального, они не синтезируются в организмах, только некоторыми бактериями.
    Из тех амминокислот, что полученны были в лабораториях - живое существо не построить, там нет тех самых незаменимых белков.

    2) И второй камень, ставящий крест на аналогичный теориях возникновения живого из неживого - то что сама жизнь на Земле известна чуть ли не с самого ее возникновения. Во всяком случае уже с геологического возраста Земли на ней встречаются остатки живых организмов (например, венчадская фауна). А по теории Опарина в тот момент ее еще не должно было быть в такой форме, жизнь только сейчас могла бы развиться до такой сложной формы.

    Сейчас рулит теория ПАНСПЕРМИИ - споры жизни разбросаны по всей Вселенной, при определенных благоприятных условиях эти молекулы активизируются, зараждая в том или ином уголке Галакики жизнь.
    Ответить
    • kosta6808 > prometheus | 14.12.2009 | 18:28 Ответить
      Панспермия тоже не состоятельна: откуда взялись эти "споры" жизни?
      Ответить
      • prometheus > kosta6808 | 14.12.2009 | 18:44 Ответить
        "Панспермия" - ключевой момент гипотезы говорит нам, что споры жизни родились не на Земле, не на каком-то ограниченном участке Вселенной, в какой-то определенной момент развития планеты.

        Споры жизни зародились одновременно с веществом Галактики. Я думаю (это мое личное мнение), что зарождение материи во Вселенной, как неживой и живой происходидло одновременно. В результате большого взрыва зародилась галактика вместе с ее веществом (неживое) и "спорами" жизни (протоживое).
        Ответить
    • Gillan > prometheus | 12.02.2011 | 21:28 Ответить
      1. "венчадская фауна"

      ВЕНДСКАЯ фауна! от "вендская эпоха" (http://www.catalogmineralov.ru/cont/geoshkala.html)

      2. "жизнь на Земле известна чуть ли не с самого ее возникновения"

      Вендская фауна - это 650 млн лет назад, а планете нашей - 4.5 млрд. лет, то есть жизнь была ой как не с самого начала!

      3. Пожелание - товарищи, давайте по-предметней, по-точнее, по-обоснованней, сайт то хоть и популярный, но научный!
      Ответить
      • prometheus > Gillan | 13.02.2011 | 12:14 Ответить
        >>то есть жизнь была ой как не с самого начала!
        Понятное дело, что с самого начала 4,5 млрд. лет назад, когда рождалась сама наша планета жизнь на ней зародиться не могла в принципе. Речь идет о времени "геологического" ее развития. В "догеологическое" время жизни на планете быть не могло по определению.

        Вендская фауна - это пример древнейших многоклеточных организмов.
        Если у вас есть понимание эволюционных процессов, вам должно быть понятно, что для того чтоб они появились в принципе нужен был некий эволюционный путь от простейших (одноклеточных)... Они не на голом месте же появились.
        И такие одноклеточные существовали до них (вендской фауны) - сине-зеленые водоросли. Эти одноклеточные организмы известны с самих ранних этапов "геологического" развития планеты.
        Ответить
        • Gillan > prometheus | 13.02.2011 | 19:37 Ответить
          "Геологический" этап развития Земли - это с -4.0 млрд. лет до наших дней (http://www.stratigraphy.org/upload/ISChart2009.pdf)От 4.5 млрд. лет до 4.0 млрд. лет - "догеологический" этап. Венд - 650 млн лет. Получается около 3.5 млрд. лет мы даем жизни на развитие, на "эволюционный путь".
          Сине-зеленые водросли - устар., цианобионты, цианобактерии.
          Ответить
          • prometheus > Gillan | 13.02.2011 | 20:03 Ответить
            Ну вот и получается, что жизнь на планете была чуть-ли не с самого ее начала. Простейшие уже тогда были.

            Отсюда получается, эксперимент Миллера—Юри - что он доказывает?
            Получается, что ничего.
            1) В пробирке получить "живые" белки не удалось. Это даже не строительный материал для живых организмов.
            2) В то время, когда по идее должна была происходить некая химически синтезирующая реакция и последующие сложные эволюционные процессы - в то время уже были простейшие организмы. Это чудо!
            Ответить
            • Sneer > prometheus | 03.04.2011 | 00:32 Ответить
              Эксперимент доказывает принципиальную возможность возникновения белков (см. статью) из "неживых" химических элементов.
              Ответить
  • bragjun  | 17.02.2008 | 15:37 Ответить
    я полагаю, что известное многим вещество под названием мумие, браг-жун, шиладжит является, быть может, тем первоначальным источником для бульона жизни. В мумие присутствуют аминокислоты - глицин, глутамин и др. В нем много калия, фосфора, кальция и др. Я написал даже пару крошечных статей по этому поводу:Савиных М.И. Основы мумиеведения // тез.докл.ХI Росс.нац. Конгресса «Человек и лекарство». М.,- 2004.-с.892 и Савиных М.И., Челышева Г.М. Предпосылки вероятной роли мумие в возникновении жизни на Земле // Тр. Конгресса-2000 «Фунд. пробл. естеств. и техники». - С.-П., 2001, (сер. «Пробл. иссл. Вселенной», вып. 23). – С.713-714.
    кое-какие работы можно обнаружить в ГУГЛЕ по запросу мумие+савиных. Если кто-то заинтересуется, могу и выслать публикации.
    Обсудить очень хочется со специалистами:bragjun@zaoproxy.ru
    Ответить
    • prometheus > bragjun | 13.02.2011 | 20:05 Ответить
      Не могло, по определению. Его нет.
      Ответить
  • den4  | 18.02.2009 | 14:20 Ответить
    Да уж... состоятельность подобных теорий всегда есь большой вопрос... т.к. РНК - это не жизнь, а всего лишь РНК... а по той же самой теории Дарвина должно происходить развитие и выживание... т.е. белки должны каким-то образом организоваться, начать размножаться, приспосабливаться к изменяющимся условиям ну и все в таком духе, т.е. должны появиться признаки простейшей организации, а в экспериментах с супом и током такого не удалось достичь и по сей день... получили лишь более сложные химические соединения, причем даже не сами цепочки РНК а лишь их фрагменты, образованные из нескольких аминокислот
    Ответить
    • Sneer > den4 | 03.04.2011 | 00:33 Ответить
      А кто сказал, что изначальные РНК должны были быть настолько же сложными, насколько и современные РНК?
      Ответить
    • Сокорнов > den4 | 02.10.2015 | 21:22 Ответить
      Из аминокислот состоят не РНК, а белки. РНК состоят из рибонуклеотидов (аминокислоты на рибонуклеотиды похожи не более, чем кактус на зебру).
      Сегодня установлено, что РНК могут исполнять функции и ДНК и белков. Таким образом, РНК-мир, в котором РНК самовоспроизводились в ходе автокалитических реакций, мог стать этапом химической эволюции преджизни. По всему судя, на этом этапе развитие, выживание (не забыть бы и о симбиозе) шло не в среде белков, а в мире цепочек РНК. Уже потом, впоследствии, роль хранителя наследственной информации могда быть передана от РНК к ДНК, как к более стабильному носителю (хотя и сегодня некоторые вирусы содержат геном в РНК). А роль катализатора, соответственно, от рибэнзимов - к энзимам, ферментам, веществам уже на белковой основе. Последующая специализация сущностей, изначально универсальных - это вообще характерно для эволюционных процессов.
      Ответить
  • SergeyMorozov  | 19.05.2011 | 19:36 Ответить
    Миллер использовал механизм "холодного капкана",т.е. образовавшиеся аминокислоты он убирал с зоны электрических разрядов, чтобы аминокислоты не разложились обратно. Хочу еще отметить, что он получил только 4 аминокислоты из 20!!!; его атмосфера (водород, метан, аммиак, водянной пар и электрические разряды) не состояла действительности, ученые доказали, что атмосфера состояла из кислорода и азота....
    Ответить
    • Сокорнов > SergeyMorozov | 02.10.2015 | 22:01 Ответить
      Но кислород в атмосфере безжизненной планеты довольно быстро (по геологическим меркам) оказался бы связанным в окислах водорода, железа, углерода, кремния и прочих элементов. Разве нет?
      Ответить
  • vladim  | 23.01.2013 | 19:34 Ответить
    1) Если вы внимательно читали статью и ссылки, имеющиеся в ней, то должны были обратить внимание на факт, что органические соединения с заданной хиральностью требуют наличия специальных ферментов, которые в свою очередь начинают работать тьлько при наличии, например, освещения. Это говорит о том, что процесс образования клетки не является простым и не сводится полностью к условиям представленным в данном опыте. Одноко освещение в Земных условиях имеется!!! Необходимо просто продолжать эксперименты исходя из тех условий, какие могли быть реализованы на Земле. Еще не забывайте элемент масштаба. Одно дело лабораторный прибор реализующий только одну совокупность (последовательность) условий и совсем другое дело ПЛАНЕТА с огромным количеством разнообразных условий. В один и тотже момент времени благодаря масштабу на Земле реализуются огромное многообразие как физических так и химических условий. А если начать изменять глобальные физические условия на планете - вот это лаборатория!!! Атомный состав при этом тот же, но вопрос в каких сочетаниях и при каких условиях.
    Ответить
    • Mark D > vladim | 07.11.2014 | 19:21 Ответить
      Единственный адекватный комментарий

      Остальные к науке отношения не имеют
      Ответить
Написать комментарий

XIX-XX вв.
1859
начало 1950-х
1953
Эксперимент Миллера—Юри
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»