MILLER UND UREY EXPERIMENTIEREN: BESCHREIBUNG UND BEDEUTUNG - BIOLOGIE - 2025

Das Miller- und Urey-Experiment besteht aus der Herstellung organischer Moleküle unter Verwendung einfacherer anorganischer Moleküle als Ausgangsmaterial unter bestimmten Bedingungen. Das Ziel des Experiments war es, die alten Bedingungen des Planeten Erde wiederherzustellen.

Mit dieser Erholung sollte der mögliche Ursprung der Biomoleküle überprüft werden. In der Tat wurde mit der Simulation die Produktion von Molekülen wie Aminosäuren und Nukleinsäuren erreicht, die für lebende Organismen essentiell sind.

Vor Miller und Urey: Historische Perspektive

Die Erklärung des Ursprungs des Lebens war schon immer ein intensiv diskutiertes und kontroverses Thema. Während der Renaissance glaubte man, dass das Leben plötzlich und aus dem Nichts entstand. Diese Hypothese wird als spontane Erzeugung bezeichnet.

Später begann das kritische Denken der Wissenschaftler zu keimen und die Hypothese wurde verworfen. Die eingangs gestellte Frage blieb jedoch unklar.

In den 1920er Jahren verwendeten die damaligen Wissenschaftler den Begriff "Ursuppe", um eine hypothetische ozeanische Umgebung zu beschreiben, aus der das Leben wahrscheinlich stammt.

Das Problem bestand darin, einen logischen Ursprung der Biomoleküle vorzuschlagen, die das Leben (Kohlenhydrate, Proteine, Lipide und Nukleinsäuren) aus anorganischen Molekülen ermöglichen.

Bereits in den 1950er Jahren, vor den Experimenten von Miller und Urey, gelang es einer Gruppe von Wissenschaftlern, Ameisensäure aus Kohlendioxid zu synthetisieren. Diese beeindruckende Entdeckung wurde in der renommierten Zeitschrift Science veröffentlicht.

Woraus bestand es?

Bis 1952 entwarfen Stanley Miller und Harold Urey ein experimentelles Protokoll, um eine primitive Umgebung in einem ausgeklügelten System von Glasröhren und Elektroden ihrer eigenen Konstruktion zu simulieren.

Das System bestand aus einer Flasche Wasser, analog zum primitiven Ozean. Mit dieser Flasche war eine andere mit den Komponenten der angeblichen präbiotischen Umgebung verbunden.

Miller und Urey verwendeten die folgenden Verhältnisse, um es wiederherzustellen: 200 mmHg Methan (CH ₄ ), 100 mmHg Wasserstoff (H ₂ ), 200 mmHg Ammoniak (NH ₃ ) und 200 ml Wasser (H ₂ O).

Das System hatte auch einen Kondensator, dessen Aufgabe es war, die Gase wie normalerweise bei Regen zu kühlen. Ebenso integrierten sie zwei Elektroden, die Hochspannungen erzeugen können, mit dem Ziel, hochreaktive Moleküle zu erzeugen, die die Bildung komplexer Moleküle fördern würden.

Diese Funken versuchten, mögliche Blitze und Blitze aus der präbiotischen Umgebung zu simulieren. Die Vorrichtung endete in einem U-förmigen Teil, der verhinderte, dass sich der Dampf in die umgekehrte Richtung bewegte.

Das Experiment erhielt eine Woche lang Elektroschocks, während das Wasser erhitzt wurde. Der Heizprozess simulierte Sonnenenergie.

Ergebnisse

In den ersten Tagen war die Versuchsmischung völlig sauber. Im Laufe der Tage nahm die Mischung eine rötliche Farbe an. Am Ende des Versuchs nahm diese Flüssigkeit eine intensive rote, fast braune Farbe an und ihre Viskosität nahm merklich zu.

Das Experiment erreichte sein Hauptziel und komplexe organische Moleküle wurden aus den hypothetischen Komponenten der frühen Atmosphäre (Methan, Ammoniak, Wasserstoff und Wasserdampf) erzeugt.

Die Forscher konnten Spuren von Aminosäuren wie Glycin, Alanin, Asparaginsäure und Amino-n-buttersäure identifizieren, die die Hauptkomponenten von Proteinen sind.

Der Erfolg dieses Experiments trug dazu bei, dass andere Forscher den Ursprung organischer Moleküle weiter erforschten. Durch Hinzufügen von Modifikationen zum Miller- und Urey-Protokoll wurden die zwanzig bekannten Aminosäuren wiederhergestellt.

Es könnten auch Nukleotide erzeugt werden, die die Grundbausteine ​​des genetischen Materials darstellen: DNA (Desoxyribonukleinsäure) und RNA (Ribonukleinsäure).

Bedeutung

Das Experiment konnte das Auftreten organischer Moleküle experimentell verifizieren und schlägt ein recht attraktives Szenario vor, um den möglichen Ursprung des Lebens zu erklären.

Es entsteht jedoch ein inhärentes Dilemma, da das DNA-Molekül für die Protein- und RNA-Synthese benötigt wird. Denken wir daran, dass das zentrale Dogma der Biologie vorschlägt, dass DNA in RNA und dies in Proteine ​​transkribiert wird (Ausnahmen von dieser Prämisse sind bekannt, wie beispielsweise Retroviren).

Wie werden diese Biomoleküle aus ihren Monomeren (Aminosäuren und Nukleotiden) ohne DNA gebildet?

Glücklicherweise gelang es der Entdeckung von Ribozymen, dieses offensichtliche Paradoxon zu klären. Diese Moleküle sind katalytische RNAs. Dies löst das Problem, da dasselbe Molekül genetische Informationen katalysieren und transportieren kann. Deshalb gibt es die Hypothese der primitiven RNA-Welt.

Dieselbe RNA kann sich selbst replizieren und an der Bildung von Proteinen teilnehmen. DNA kann auf sekundäre Weise kommen und als Vererbungsmolekül gegenüber RNA ausgewählt werden.

Diese Tatsache könnte aus mehreren Gründen auftreten, hauptsächlich weil DNA weniger reaktiv und stabiler als RNA ist.

Schlussfolgerungen

Die Hauptschlussfolgerung dieses experimentellen Aufbaus kann mit der folgenden Aussage zusammengefasst werden: Komplexe organische Moleküle könnten ihren Ursprung in einfacheren anorganischen Molekülen haben, wenn sie den Bedingungen der vermeintlichen primitiven Atmosphäre wie hohen Spannungen, ultravioletter Strahlung und niedrigen ausgesetzt sind Sauerstoffgehalt.

Darüber hinaus wurden einige anorganische Moleküle gefunden, die ideale Kandidaten für die Bildung bestimmter Aminosäuren und Nukleotide sind.

Das Experiment ermöglicht es uns zu beobachten, wie die Bausteine ​​lebender Organismen gewesen sein könnten, vorausgesetzt, die primitive Umgebung entsprach den beschriebenen Schlussfolgerungen.

Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Welt vor dem Erscheinen des Lebens zahlreichere und komplexere Komponenten hatte als die von Miller verwendeten.

Obwohl es unplausibel erscheint, den Ursprung des Lebens ausgehend von solch einfachen Molekülen vorzuschlagen, konnte Miller dies mit einem subtilen und genialen Experiment überprüfen.

Kritik am Experiment

Es gibt immer noch Debatten und Kontroversen über die Ergebnisse dieses Experiments und darüber, wie die ersten Zellen entstanden sind.

Es wird derzeit angenommen, dass die Komponenten, mit denen Miller die primitive Atmosphäre bildete, nicht mit der Realität übereinstimmten. Eine modernere Sichtweise gibt Vulkanen eine wichtige Rolle und schlägt vor, dass die Gase, die diese Strukturen Mineralien produzieren.

Ein zentraler Punkt von Millers Experiment wurde ebenfalls in Frage gestellt. Einige Forscher glauben, dass die Atmosphäre wenig Einfluss auf die Entstehung lebender Organismen hatte.

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