밀러 - 유리의 실험을 실시
Summary
밀러 – 유리의 실험은 생명의 기원에 가능한 관련 유기 화합물의 비 생물 적 합성에 관한 선구적인 연구했다. 기본 가스는 유리 용기에 넣고 원시 지구의 대기 해양 시스템에서 낙뢰의 영향을 시뮬레이션 방전을 실시 하였다. 실험은 그것으로부터 수집 샘플 삶의 화학적 빌딩 블록을 분석 하였다, 그 후, 일주일 동안 실시 하였다.
Abstract
1953 년, 스탠리 밀러 (Stanley Miller)는 원시 지구의 대기 – 해양 시스템을 시뮬레이션하기 위해 구성된 장치를 사용하여, 간단한 가스 원료로부터 생체 분자의 생산을 보도했다. 물이 동시에 동안 밀러는 다음 주를위한 전기 방전, 환류,이 혼합물을 실시하고, 장치에 물 200 ㎖, H 2의 100 mmHg로, CH 4의 200 mmHg로하고, NH 3의 200 mmHg로 소개 가열. 이 원고의 목적은 간략화 된 3 L 반응 플라스크를 사용하여, 밀러 – 유리의 분류 스파크 방전 실험을 수행하는 데 사용할 수있는 일반적인 실험 프로토콜로 리더를 제공하는 것이다. 실험 고전압 방전에 가연성 가스를 노광 수반하기 때문에, 폭발의 위험을 줄이는 중요한 단계를 강조 가치가있다. 이 연구에서 설명 된 일반적인 절차 방전 실험의 다양한 설계 및 실시 외삽 될 수있다원시 행성의 환경을 시뮬레이션이야.
Introduction
지구에 생명의 기원의 본질은 가장 불가사의 한 과학적인 질문 중 하나 남아있다. 1920 년대 러시아 생물 학자 알렉산더 오파 린과 영국의 진화 생물 학자와 유전 학자 존 홀 데인은 화학 진화를 촉진 수도 유기 화합물을 포함하는 원시 지구의 바다를 설명, "원시 수프"1,2의 개념을 제안했다. 화학자 초기 지구에서 간단한 출발 물질로부터 합성 될 수 있었다 어떻게 유기 분자 승낙 겨냥한 고의적 실험 연구를 수행하기 시작하면 그러나 1950 년대까지 없었다. 이를 위해 제 보고서 중 하나는 1951 소재 수성 CO 2 해법의 조사에서 포름산 합성했다.
1952 년 시카고 대학에서 다음 대학원생 스탠리 밀러 (Stanley Miller)는 가능성을 평가하는 실험을 수행에 대한 해롤드 유리의 접근이 유기 화합물생명의 기원에 대한 중요한 초기 지구에 abiologically 형성되었을 수 있습니다. 실험은 원시 지구를 시뮬레이션하기 위해 설계된 맞춤형 유리 장치 (그림 1A)를 사용하여 실시 하였다. 밀러의 실험은 초기 대양을 나타내는 액체 저수조의 존재, 초기 분위기를 나타내는 가스의 혼합물에 전기 방전의 작용에 의해 번개 했었. 또한, 상기 장치는 각각 가열 맨틀의 사용 및 응축기를 통해 증발과 침전을 시뮬레이션. 밀러는 사용되는 장치에 대한 자세한 정보는 다른 곳에서 4 찾을 수 있습니다. 스파크의 주 후, 플라스크 내의 내용물을 시각적으로 변환 하였다. 물은 탁한 붉은 색 (5)와 전극 (4)에 축적 된 노란색 – 갈색 물질을 돌렸다. 이 획기적인 연구는 시뮬레이션 원시 지구 조건 하에서 생체 분자의 첫 번째 신중하고 효율적으로 합성으로 간주됩니다. </P>
그림 1. 이 논문에서 논의 된 장치의 두 가지 유형의 비교. 원래 밀러 – 유리의 실험 (A)와 여기 (B)에 설명 된 프로토콜에서 사용되는 간단한 장치에 사용되는 고전적인 장치. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오 .
밀러의 고전적인 실험, 스파크 방전 실험의 수많은 변형, 다른 가스 혼합물을 사용하여 예를 들면, 수 초 어스 다양한 조건들은 중요 유기 화합물의 제조 타당성을 탐구 수행 된 결과의 1953 발행 후. 예를 들어, CH 4 </sub> / H 2 O / NH 이러한 6가 검출되지 않았다하더라도 두 S 가스 혼합물을, 부호화 황 함유 α-아미노산을 생산하는 능력에 대해 시험 하였다 3 / H. 방전을 실시 CH 4 / NH 3 혼합물의 기체 크로마토 그래피 – 질량 분석법 (GC-MS) 분석은 산 전구체 (7) 아미노되는 α-아미노 니트릴의 합성을 보였다. 1972 년, 첫 번째 오로 8 (그림 1B)에 의해 도입 된 간단한 장치를 사용하여, 밀러와 동료, 날짜 머치 슨 운석에서 발견되었던 코드 α-아미노산 9 및 비 단백질 아미노산 10 모두의 합성을 증명 방전에 CH 4, N 2 및 NH 3 소량 실시함으로써. 그 후, 동일한 실험 설계를 단순화하여, H 2 O를 함유하는 가스 혼합물은 N 2 및 CH 4, CO 2, CO는 STU으로 촉발되었다대기 탄소 종 (11)의 산화 상태의 함수로서 시안화 수소, 포름 알데히드, 및 아미노산의 수율 DY.
지난 몇 년 동안 다른 실험적인 디자인의 탐구뿐만 아니라, 중요한 분석의 발전은 최근 밀러에 의해 보관 방전 실험 샘플의 더 프로빙 조사를 주었 밀러의 고전적인 실험 이후에 발생한, 기술에 의해 촉진 된 것보다 밀러에 대한 액세스를했다 1950 년대에. 밀러의 화산 1955 년 4에보고 된 실험 (12), 그리고 1958 H 2 S 함유 실험 (13)이 많은 그 어느 포함하여 고전적인 실험보다 많은 아미노산과 아민의 더 다양한, 더 큰 존재비를 형성 한 것으로 나타났다 이전에 불꽃 방전 실험에서 확인되지 않았다.
이 문서에서 설명하는 실험을 사용하여 수행 할 수있다가스 혼합물의 다양한. 통상적으로, 적어도, 그러한 실험은 C 함유 가스, N 함유 가스 및 물을 포함 할 것이다. 일부 계획으로, 가스의 거의 모든 혼합물 그러나, 시스템의 몇몇 화학적 측면을 고려하는 것이 중요하다, 탐구 할 수있다. 예를 들어, 수성상의 pH가 14이 발생 화학에 상당한 영향을 미칠 수있다.
여기서 설명한 방법은 밀러 1,972 9,10 출판물에 설명 된 단순화 된 3 L 반응기를 이용한 밀러 – 유리의 실험과 유사 스파크 방전 실험을 수행하는 연구자 방법 지시에 맞게되었다. 이 실험은 가연성 기체에 작용하는 고전압 전기 아크를 포함하기 때문에, 그러한 메탄 또는 일산화탄소와 같은 환원 탄소 – 함유 가스의 연소시에 발생할 수있는 폭발의 위험을 제거하기 위해 반응 플라스크에서 O 2를 제거하는 데있어 매우 중요 또는 반응 오산소와 F의 H 2.
여기서 설명하는 실험을 수행하기 위해 준비 할 때 염두에 보관해야합니다 자세한 내용이 있습니다. 유리 진공 라인 및 가압 가스로 작업 할 때마다 첫째,이 파열 모두 고유의 위험이 존재하고 오버 압력. 따라서, 안전 안경을 항상 착용해야한다. 둘째, 실험은 일반적으로 대기압 이하에서 수행된다. 이 매니 폴드와 반응 플라스크를 가압 과잉의 위험을 최소화한다. 유리하지만, 1 기압 이상의 압력이 권장되지 않습니다, 대기압 이상 평가 될 수있다. 불용성 H 2 (예 : CH 4, NH 3 등) 감소 가스에서 해방 된 상태로 압력이 실험에서 증가 할 수 있습니다. 과잉 압력은 대기 O 2는 가능한 폭발의 결과로, 연소를 유도하고, 반응 플라스크를 입력 할 수 있습니다 씰 누출로 이어질 수 있습니다. 셋째,그것은 실험의 변형을 수행하는이 프로토콜의 변경이 안전하지 않은 조건이 생성되지 않도록 세심한 계획이 필요합니다 것을 염두에 두어야한다. 넷째, 그것은 매우 전향 적 실험주의 깊게 여러 번 이전에 그 또는 그녀가 잠재적 인 함정에 익숙하고 필요한 모든 하드웨어를 사용할 수 있고 장소에 있는지 확인하기 위해이 실험을 시도하여 전체 프로토콜을 통해 읽어 보는 것이 좋습니다. 마지막으로, 가연성 가스를 포함하는 전도성 실험은 실험자의 호스트 기관의 환경, 보건 및 안전 부서의 지침을 준수해야합니다. 어떤 실험을 진행하기 전에 이러한 권장 사항을 준수하십시오. 여기에 프로토콜에 설명 된 모든 단계는 저자의 호스트 기관 환경 보건 및 안전 지침을 준수합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 설명 된 프로토콜에있는 많은 단계를 안전하고 올바르게 밀러 – 유리의 형식 실험을 수행하기위한 중요합니다. 먼저, 반응 플라스크 또는 시료와 접촉 할 모든 유리 및 시료 처리 툴은 살균 될 필요가있다. 소독 철저 초순수 (18.2 MΩ cm, <5 PPB의 TOC)에 문제가있는 항목을 세척 한 후 이전에 적어도 3 시간 동안 공기 중에서 500 ℃에서 열분해에 알루미늄 호일에 그들을 배치함으로써 달성된다…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 공동으로 화학 진화, CHE-1004570 및 우주 생물학의 고다드 센터의 NSF 센터에서, NSF 및 NASA 우주 생물학 프로그램에 의해 지원되었다. ETP는 NASA 행성 생물학 인턴쉽 프로그램을 제공하는 추가 자금 조달을 인정하고 싶습니다. 저자는 또한 초기 실험실 시설을 설치하는데 많은 도움을 박사 Asiri Galhena 감사드립니다.
Materials
| Glass Plugs for Manifold | Chemglass | CG-983-01 | N/A |
| High Vacuum Grease | Apiezon | N/A | Type M/N |
| Silicon High Vacuum Grease | Dow Corning | 1597418 | N/A |
| Teflon PFA Tubing | McMaster-Carr | 51805K54 | N/A |
| Ultra-Torr Vacuum Fittings | Swagelok | SS-4-UT-6 | N/A |
| Dry Scroll Vacuum Pump | Edwards | A72401905 | N/A |
| U-Tube Manometer | Alta-Robbins | 100SS | N/A |
| Tungsten Electrodes | Diamond Ground Products | TH2-1/16 | 2% thoriated |
| Methanol | Alfa Aesar | N/A | Ultrapure HPLC Grade |
| Teflon-Coated Magnetic Stir Bar | McMaster-Carr | 5678K127 | N/A |
| Gaseous NH3 | Airgas | AMAHLB | 99.99% purity |
| Gaseous CH4 | Airgas | ME UHP300 | 99.99% purity |
| Gaseous N2 | Airgas | NI UHP300 | 99.999% purity |
| Tesla Coil | Electro-Technic Products | 15001 | Model BD-50E |
| 24 Hour Plug-In Basic Timer | General Electric Company | 15119 | N/A |
| Cleaning Detergent | Alconox | 1104 | N/A |
| Toluene | Thermo Fisher Scientific | N/A | Optima Grade |
| Luna Phenyl-Hexyl HPLC Column | Phenomenex | 00G-4257-E0 | Brand: Luna |
| Formic Acid | Sigma-Alrich | F0507 | Used to make 50 mM ammonium formate |
Riferimenti
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