25.04.2010., nedjelja
Novi pogled na Miller-Ureyev pokus
|
Ovo baš i nije neka vijest "ravno ispod peke", ali je zaista vrijedna komentara. Mislim da je prava šteta što je prošla neopaženo u medijima. Svi koji ste prošli biologiju u srednjoj školi sjetit ćete se opravdano poznatog Miller-Ureyevog pokusa iz 1952. godine koji je dokazao da je u reduktivnoj atmosferi bogatoj metanom i amonijakom, koja se otapa u vrućoj vodi i struji preko električnog izboja, moguće tijekom duljeg vremena dobiti složenije organske tvari. Zlobnici su odmah rekli da pokus nije dokazao "kako je život nastao", no to nitko nije ni tvrdio. Ovo je bio jedan od temeljnih pokusa koji su ukazali na puteve kemijske evolucije tijekom ranih faza razvoja Zemljine atmosfere i hidrosfere, te je jedan od pokusa koji ukazuje na ispravnost abiogenetske hipoteze o porijeklu prvih samoreplicirajućih molekula. Podsjećam čitatelje na izgled originalne aparature.
Isprva sterilizirana i vakuumirana, aparatura je bila opskrbljena vodom i smjesom metana, amonijaka i vodika. Zagrijavanjem voda bi uzavrela i pomiješala se s plinovima, popela se toplinski izoliranom cijevi do komore s izbojem te djelomično prošla kroz njega. Dobivena smjesa produkata hladila se Liebigovim hladilom, kondenzirala i cijedila natrag u vodu. U-cijev je služila kao trap, da destilacija ne krene u obrnutom smjeru. Nakon jednog tjedna neprekidnog rada, otopina je bila smeđe boje, a analize blotting tehnikama upućivale su na to da je 10-15% ugljika u aparaturi sada u obliku organskih spojeva. Osim pet aminokiselina koje su isprva nađene, otopina je sadržavala i cijeli niz ugljikovih spojeva - cijanovodik, formaldehid, šećere, lipide, prekursore nukleinskih kiselina i ostalo. Više manje ono što spektroskopskim metodama nalazimo u molekularnim nebulama u svemiru, a što nastaje zbog UV zračenja i hladnijih uvjeta. Treba spomenuti da su u pokusima nastajale racemične smjese, dakle 50:50 smjese lijevo i desnoskretnih stereoizomera molekula. Naime, živa bića koriste uglavnom samo jedan izomer - na Zemlji to su uglavnom lijeve aminokiseline i uglavnom desni šećeri. To se zove homokiralnost i konsenzus je da je do toga došlo slučajno, mada neki smatraju da je to jedan od dokaza za panspermiju jer bi se na kometima pod utjecajem Sunca događali procesi koji bi favorizirali jedan izomer. No ta hipoteza ne rješava problem prelaska kemijske evolucije u biološku i svakako je teže ostvariva i manje vjerojatna kada uzmemo u obzir da smo potrebne uvjete već imali na Zemlji. No Miller tu nije stao. Napravio je još dva eksperimenta, no nije im objavio rezultate, jer su, zbog primitivnih tehnika u odnosu na današnje (primjerice HPLC, naprednu spektrofotometriju, ...) kojima je analizirao dobivene smjese, oni bili manje zanimljivi od rezultata njegovog prvog eksperimenta. Naime, nisu iznjedrili dovoljno produkata za manje osjetljive metode detekcije. Drugi eksperiment (Volcanic Spark Discharge Experiment) koristio je modificiranu aparaturu prikazanu na slici:
U ovoj aparaturi postojalo je suženje iznad vrele vode, koje je uzrokovalo veću brzinu prelaženja pare preko izboja sada smještenog još bliže. Time je simulirano vulkansko okružje, primjerice vulkane uronjene u vodu, nešto što i danas vidimo u akciji. Osim toga, sadržavala je i prečicu između dijela aparature koja je simulirala uzavreli ocean, te dijela koji je simulirao atmosfersku precipitaciju, tj. kišu. Time je Miller pokušao izbjeći brz raspad produkata dobivenih nakon izbijanja elektriciteta. U trećoj aparaturi Miller je za izvor električne energije stavio tiho, visokofrekventno izbijanje kao kod "plazma kugle".
Međutim, u tim pokusima je, skupa s ostalim organskim tvarima, dobivao količinski manje aminokiselina, no u svim je pokusima identificirao pet: asparaginsku kiselinu, glicin, alfaaminobutansku kiselinu i dva izomera alanina. I sad glavni dio. 2008. godine nekoliko je ljudi (Johnson, Cleaves, Dworkin, Glavin, Lazcano, Bada) s različitih ustanova (Scripps Institution of Oceanography, National Autonomous University of Mexico, Carnegie Institution of Washington, NASA Goddard Space Flight Center) ispitalo Millerove ampule iz originalnog, kao i iz tih neobjavljenih pokusa, koristeći napredne tehnike koje su puno osjetljivije nego li one s kojima su raspologali Miller i Urey. Dobili su puno bolje rezultate nego Miller pedesetih godina - umjesto pet, pronašli su 14 aminokiselina i 5 amina za originalni pokus te 22 aminokiseline i pet istih amina za drugi. Eto, mislim da ovo nije mala stvar. Dapače, ovo je velika, velika stvar za hipotezu abiogeneze i općenito multidisciplinarne znanosti koje proučavaju ranu Zemlju i slične okoliše. Toliko aminokiselina nije zanemariv podatak. Ovo samo otvara vrata novim pitanjima i novim pokusima. Inače, ovi su se pokusi ponavljali i uz modifikacije u sastavu plinske smjese, jer se u međuvremenu (1953. je bila davno) shvatilo da je u ranoj atmosferi ipak bilo puno više ugljikovog dioksida i dušika, a puno manje amonijaka i metana, čime je ona bila inertnija. 80-ih godina se isprva dobivalo negativne rezultate na aminokiseline, te se otkrilo da je to zbog nitrita koji bi se razvili prilikom izbijanja u plinskoj smjesi. Nitriti su vrlo reaktivni ioni i aminokiseline su odmah oksidirali, međutim Jeffrey Bada, Millerov student, u pokus je uveo i neke makrokonstituente rane litosfere, a to su željezni spojevi te karbonati, koji su i danas velik dio Zemljine kore. Nitriti koji bi zakiseljavali otopinu, tako su bili neutralizirani, te su rezultati opet bili pozitivni na aminokiseline.
Ovi pokusi su model, eksperiment, daju jako dobru predodžbu procesa koji se mogu odvijati u reduktivnim i inertnim atmosferama ranih planeta. Danas najpopularniji primjer svemirskog tijela u vidu "smrznute pite koja čeka na podgrijavanje" je Saturnov satelit Titan, oko kojeg već par godina orbitira sonda Cassini (koja je prije 4 godine na njega izbacila sondu Huygens o čemu sam i pisao). Osim bazena tekućih ugljikovodika, leda i moguće struktura koje iz dubine rigaju amonijak i vodu, na njemu vjerojatno već i sad ima pregršt složenijih organskih spojeva nastalih u fotolitičkim reakcijama u višoj atmosferi uslijed UV zračenja sa Sunca, međutim temperatura na površini je preniska (-180°C) za bilo kakve daljnje reakcije. Jednog dana, kada Sunce naraste, možda i Titan, ako mu mi ne zasmetamo, iznjedri prve protobionte, agregate biološki aktivnih, polarnih molekula.
Takvih primjera u svemiru ima izuzetno puno. Osim fotolitičkih reakcija u nebulama, ovakve "mokre" reakcije koje se odvijaju na planetima gdje imamo dovoljno visok tlak i optimalnu temperaturu da voda postoji u tekućem stanju ukazuju na to da makar najjednostavniji preci bakterija ne bi smjeli biti rijetkost na svemirskim tijelima s takvim uvjetima. Ovakvi su uvjeti dovoljni da kemijska evolucija na planetu/satelitu iznjedri složene molekule koje su se kadre organizirati u prve sustave koji su negdje u sivog zoni između "živog" i "neživog". |
Na slici lijevo vidi se još jedan od pregršt eksperimenata koje je inspirirao originalni Miller-Ureyev pokus. Radi se o pokusu izvršenom u odjelu za kemijsku evoluciju NASA-inog Ames Research Centera. Svrha - proučiti procese u atmosferama Jupiteru sličnih planeta. Plinska smjesa ovaj put sadrži metan, amonijak i etin (acetilen) koji se podvrgavaju električnom pražnjenju pri temperaturi ključanja tekućeg dušika, -196°C. Dobiveni produkt je crvenosmeđa smjesa polimera.
