ミラー·ユーリーの実験を行う
Summary
ミラー·ユーリーの実験は、生命の起源への可能な関連性有機化合物の非生物的合成に関する先駆的な研究であった。単純なガスがガラス装置に導入し、原始地球の大気海洋システムにおける落雷の影響をシミュレートし、放電を行った。実験はそれから採取した試料は生命の化学的ビルディングブロックについて分析し、この後、一週間行った。
Abstract
1953年、スタンリー·ミラーは、原始地球の大気·海洋のシステムをシミュレートするために構成された装置を使用して、簡単なガス状の出発物質からの生体分子の生産を報告した。水が同時にあったミラーは、その週の放電に、還流下で、この混合物を施した、装置内に水200ミリリットル、H 2を 100 mmHgで、CH 4の200 mmHgの、およびNH 3の200 mmHgのを導入しました加熱された。本稿の目的は、単純化された3Lの反応フラスコを使用して、ミラー·ユーリー型火花放電実験を行うために使用することができる一般的な実験プロトコルを読者に提供することである。実験は、高電圧放電への可燃性ガスを暴露含まれているため、爆発の危険性を軽減する重要なステップを強調する価値がある。この研究に記載された一般的な手順は、放電実験のさまざまな設計および実施するために外挿することができる原始惑星の環境をシミュレートすることだ。
Introduction
地球上の生命の起源の性質が最も不可解な科学的問題の一つである。 1920年代にロシアの生物学者アレクサンダー·オパーリンと英国の進化生物学者と遺伝学者ジョン·ホールデンは、化学進化を促進した可能性の有機化合物を含む原始地上海を記述する、「原始スープ」 の1,2の概念を提案した。化学者は、有機分子が初期地球上で簡単な出発物質から合成されている可能性がどのように理解することを目的と意図的な実験室での研究を実施し始めたが、それは1950年代までではなかった。この目的を達成するために最初の報告の一つは、1951年3水溶液のCO 2ソリューションの照射からのギ酸を合成した。
1952年、シカゴ大学、その後の大学院生スタンレー·ミラーは、可能性を評価するための実験をすることについてハロルド·ユーリーに近づいた、有機化合物生命の起源のための重要なものは、初期地球上abiologically形成されている可能性があります。実験は、プリミティブ地球をシミュレートするように設計特注のガラス製装置（ 図1A）を用いて行った。ミラーの実験は、初期の海を表す、液体の水溜めの存在下で、初期の雰囲気を表わすガスの混合物に、放電の作用によって雷を模倣。装置はまた、それぞれ、加熱マントルおよび凝縮器の使用を介して蒸発、沈殿をシミュレートした。ミラーが使用された装置についての具体的な詳細は他の場所で4見つけることができます。スパークの週間後、フラスコ内の内容物を視覚的に形質転換した。水が濁った、赤みを帯びた色5と電極4上に蓄積黄褐色の物質に変化した。この画期的な作品は、シミュレートされた原始地球環境下での生体分子の最初の意図的な、効率的な合成であると考えられている。 </P>
図1。このホワイトペーパーで説明の装置の2つのタイプとの比較。オリジナルのミラー·ユーリーの実験（A）と、ここで概説したプロトコル（B）に使用される単純化された装置に用いられる古典的な装置。 拡大画像を表示するには、ここをクリックしてください 。
ミラーの古典的な実験で、火花放電実験の多数の変形、他のガス混合物を用いて、例えば、可能な初期地球の様々な条件の下で生活のための重要な有機化合物を産生する妥当性を探求するために実施した結果から1953年発行後。例えば、CH 4 </subこれらは6を検出しなかったが> / H 2 O / NH 3 / H 2 Sガス混合物は、符号化された硫黄含有α-アミノ酸を生産する能力について試験した。放電に付しCH 4 / NH 3混合物のガスクロマトグラフィー-質量分析（GC-MS）分析は、酸前駆体7アミノ酸れているα-アミノニトリルの合成を示した。 1972年に、最初のORO 8（ 図1B）によって導入簡単な装置を用いて、ミラーらは、これまでにマーチソン隕石で確認されたコード化されたα-アミノ酸9および非タンパク質のアミノ酸10の全ての合成を実証放電にCH 4、N 2、NH 3を少量施すことにより。以降では、この簡略化された同一の実験設計を用いて、H 2 Oを含むガス混合物は、N 2、CH 4、CO 2、またはCOを学生に引き起こした大気中の11種の酸化状態の関数として、シアン化水素、ホルムアルデヒド、及びアミノ酸の収率dyは。
年間の代替実験計画の探査に加えて、重要な分析の進歩はミラーがアクセス権を持っていた技術によって促進されていたであろうよりも、最近になってミラーによってアーカイブ放電実験サンプルのよりプロービング調査を支援ミラーの古典的な実験で、以降に発生した1950年代。ミラーの火山初めて1955 4に報告された実験12、および1958年のH 2 S含有実験13は、多種多様を形成していることが示され、大きな存在量、古典的な実験よりも、多数のアミノ酸およびアミンの、そのその多く含むた以前に火花放電実験において同定されていなかった。
このホワイトペーパーに記載した実験を用いて行うことができるガス混合物の様々な。典型的には、少なくとも、そのような実験は、C-担持ガス、N含有ガス、及び水を含有する。いくつかの計画で、ガスのほぼ任意の混合物を探索することができ、しかし、それはシステムのいくつかの化学的な側面を考慮することが重要である。例えば、水相のpHは、そこに14を発生する化学に大きな影響を持つことができます。
ここで説明する方法は、ミラー1972の刊行物9,10に記載のように、単純化された3リットルの反応容器を用いてミラー·ユーリーの実験に似て火花放電実験を実施する方法を研究者に指示するように調整されている。この実験は、可燃性ガスに作用する高電圧電気アークを伴うので、それは、例えば、メタンまたは一酸化炭素のような還元炭素含有ガスの燃焼時に発生する可能性があり、爆発の危険性を排除する反応フラスコからO 2を除去することが重要であるまたは反応oを酸素とのF、H 2。
ここで説明する実験を行う準備をする際に留意すべきである追加の詳細があります。第一のガラス真空ラインと加圧ガスを扱うときはいつでも、両方の爆縮の固有の危険性が存在すると、過加圧しているため、保護メガネを常に着用しなければならない。第二 に、実験は、通常、大気圧未満で行われる。これは、マニホールドと反応フラスコに圧力を過剰の危険性を最小にする。ガラス製品は、しかし、1気圧以上の圧力が推奨されていない、大気圧下で以上定格することができる。水不溶性のH 2が （例えば、CH 4およびNH 3など）に減少ガスから解放されるような圧力は、これらの実験で増加する可能性があります。過加することにより、爆発をもたらす燃焼を誘発すること、大気中のO 2を反応フラスコを入力できるようにすることができ、シールの漏洩につながる可能性がある。第三に、それは実験のバリエーションを実施するこのプロトコルの変更は、安全でない状況が作成されないように、慎重な計画が必要であることを心に留めておくべきである。第四に、それは非常に有望な実験者が丁寧に何回か前に彼または彼女は潜在的な落とし穴に精通しており、必要なすべてのハードウェアが利用可能で、場所にことを確認するために、この実験を試みるプロトコル全体を通読することをお勧めします。最後に、可燃性ガスを含む実施した実験では、実験者のホスト機関の環境·健康·安全部門のガイドラインへの準拠を必要とする。いずれの実験を進める前に、これらの推奨事項を遵守してください。ここプロトコルで説明するすべての手順では、著者のホスト機関の環境·健康·安全に関するガイドラインに準拠している。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここに記載されているプロトコルにおける多くの工程を安全に正しくミラー·ユーリー型実験を行うために重要である。まず、反応フラスコまたは試料と接触するすべてのガラス器具およびサンプル処理ツールは、滅菌される必要がある。殺菌前に少なくとも3時間、空気中500℃で熱分解し、徹底的に超純水（18.2MΩセンチ、<5 PPBのTOC）で、問題の項目を洗浄した後、アルミ箔でそれらをラッ…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、共同で化学進化、CHE-1004570、および宇宙生物学のためのゴダードセンターのNSFセンターの下に、NSFと、NASA宇宙生物学プログラムによってサポートされていました。 ETPは、米航空宇宙局（NASA）惑星生物学インターンシッププログラムによって提供される追加資金調達を承認したいと思います。著者はまた、最初の実験施設をセットアップする非常に貴重な助けを博士ゴルフアシリGalhenaに感謝したいと思います。
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 |
Referências
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