米勒-尤里实验
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米勒-尤里实验（Miller-Urey experiment）是一项模拟假设性早期地球环境的实验，研究目的是测试化学演化的发生情况。尤其是针对亚历山大·欧帕林与约翰·伯顿·桑验，该学说认为早期地球环境使无机物合成有机化合物的反应较易发生。
米勒-尤里实验是关于生命起源的经典实验之一，由芝加哥大学的史丹利·米勒与哈罗德·尤里于1953年主导完成，其结果以《在可能的早期地球环境下之胺基酸生成》（A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions）为题发表[1][2][3]。米勒实验对后来探索前生物分子的非生物合成具有相当大的启发性，至今依然是教科书中关于生命起源的经典实验。
实验方式与结果 编辑
在实验中，研究者将水（H2O）、甲烷（CH4）、氨（NH3）、氢气（H2）与一氧化碳（CO）密封于无菌状态下的玻璃管于烧瓶内，并将其连结形成一个回路。装置中的一个烧瓶装著半满的液态水，另一个则含有一对电极。首先将液态水加热促使其蒸发，进而产生水蒸气；而另一烧瓶的电极通电后会产生火花，以模拟闪电。水蒸气经过电极之后，又再度凝结并重回原先装水的烧瓶中，使实验得以循环进行。
于实验开始一周后的观察中发现，约有10%到15%的碳以有机化合物的形式存在。其中2%属于胺基酸，以甘胺酸最多。而糖类、脂质与一些其他可构成核酸的原料也在实验中形成；核酸本身，如DNA或RNA则未出现。在实验中产生的各种化合物皆同时有左式与右式之镜像异构物。（注：一般报导将“左式 L-form”“右式 D-form”误译为“左旋”“右旋”，事实上几乎所有生物化学的教材均说明生物胺基酸为“左式 L-form”，但却大多为“右旋光性”）
除了上述实验之外，米勒还进行了其他相关的实验，但这些实验都没有发表，产物也没有进行分析。2008年，11名科学家重新分析了米勒-尤里实验留下的实验瓶样品，借助于高效液相色谱和质谱技术，他们发现该实验产生的有机化合物比原先报道的要多。[4]有机物数量最多的是一个模拟火山爆发情景的实验：水蒸气推动着其他气体进入一个经过改造的烧瓶中，加入抽气装置，使气体流动的速度加快。在电火花的作用下，水分子在这种情况下可以均裂生成羟基自由基，再加之其他分子参与的反应，该实验一共得到了22种氨基酸，5种胺，以及很多羟基化的化合物。[5]羰基硫可以帮助这些氨基酸缩合形成多肽。这些进一步的研究为化学演化的假说提供了证据，使生命起源的问题再次回归焦点。[6]
米勒实验证明：由无机物合成小分子有机物是完全有可能的。
实验反应式 编辑
实验中首先形成醛（R-CHO）与氰化氢（HCN），而两者可作为接下来化学反应的原料，经由下列等通式生成其他化合物：
| 式一: | R-CHO + HCN + H2O | H2N-CHR-COOH | |
| 醛 | 胺基酸 |
| 式二: | R-CHO + HCN + 2 H2O | HO-CHR-COOH + NH3 | |
| 醛 | 羟基酸 |
含碳产物列表 编辑
由初始的59000微莫耳（μmol）的甲烷（CH4）所形成的含碳产物[7]：
| 产物 | 化学式 | 化合物莫耳数 (μmol) |
每一分子的碳原子数 | 碳原子莫耳数 (μmol) |
|---|---|---|---|---|
| 甲酸 | 2330 | 1 | 2330 | |
| 甘氨酸* | 630 | 2 | 1260 | |
| 乙醇酸 | 560 | 2 | 1120 | |
| 丙氨酸* | 340 | 3 | 1020 | |
| 乳酸 | 310 | 3 | 930 | |
| β-丙氨酸 | 150 | 3 | 450 | |
| 乙酸 | 150 | 2 | 300 | |
| 丙酸 | 130 | 3 | 390 | |
| 亚氨基二乙酸 | 55 | 4 | 220 | |
| 肌氨酸 | 50 | 3 | 150 | |
| α-氨基丁酸 | 50 | 4 | 200 | |
| α-羟基丁酸 | 50 | 4 | 200 | |
| 琥珀酸 | 40 | 4 | 160 | |
| 尿素 | 20 | 1 | 20 | |
| N-甲基尿素 | 15 | 2 | 30 | |
| 3-氮杂己二酸 | 15 | 5 | 75 | |
| N-甲基丙氨酸 | 10 | 4 | 40 | |
| 谷氨酸* | 6 | 5 | 30 | |
| 天冬氨酸* | 4 | 4 | 16 | |
| α-氨基异丁酸 | 1 | 4 | 4 | |
总计
|
4916 | 8944 |
参考文献 编辑
- ^ Miller S. L. Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions (PDF). Science. 1953, 117: 528. doi:10.1126/science.117.3046.528. （原始内容 (PDF)存档于2008-02-28）.
- ^ Miller S. L., and Urey, H. C. Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth. Science. 1959, 130: 245. doi:10.1126/science.130.3370.245.
- ^ A. Lazcano, J. L. Bada. The 1953 Stanley L. Miller Experiment: Fifty Years of Prebiotic Organic Chemistry. Origins of Life and Evolution of Biospheres. 2004, 33: 235–242. doi:10.1023/A:1024807125069.
- ^ Johnson AP, Cleaves HJ, Dworkin JP, Glavin DP, Lazcano A, Bada JL. The Miller Volcanic Spark Discharge Experiment. Science. 2008, 322 (5900): 404. doi:10.1126/science.1161527.
- ^ Catherine Brahic. Volcanic lightning may have sparked life on Earth - earth - 16 October 2008 - New Scientist Environment. NewScientist. [2008-10-17]. （原始内容存档于2008-10-20）.
- ^ 'Lost' Miller-Urey Experiment Created More Of Life's Building Blocks. Science Daily. Oct 17, 2008 [2008-10-18]. （原始内容存档于2008-10-19）.
- ^ Richard E. Dickerson: Chemische Evlution und der Ursprung des Lebens, in Spektrum der Wissenschaft, 1979, Heft 9, S. 193
外部链接 编辑
- A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions by Stanley L. Miller