El experimento de Miller y Urey1 2 representa el inicio de la abiogénesis experimental, y la primera comprobación de que se pueden formar espontáneamentemoléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas simples en condiciones ambientales adecuadas.3 4 Fue llevado a cabo en 1952 por Stanley Miller y Harold Clayton Urey en la Universidad de Chicago. El experimento fue clave para apoyar la teoría del caldo primordial en el origen de la vida.5 6
Según este experimento la síntesis de compuestos orgánicos, como los aminoácidos, debió ser fácil en la Tierra primitiva. Otros investigadores –siguiendo este procedimiento y variando el tipo y las cantidades de las sustancias que reaccionan- han producido algunos componentes simples de los ácidos nucleicos y hastaATP[cita requerida]. Esta experiencia abrió una nueva rama de la biología, la exobiología. Desde entonces, los nuevos conocimientos sobre el ADN y el ARN. Condiciones prebióticas en otros planetas y el anuncio de posibles fósiles bacterianos encontrados en meteoritos provenientes de Marte (como el ALH 84001), han renovado la cuestión del origen de la vida.
El experimento
En el experimento se usó agua(H2O), metano (CH4), amoniaco(NH3) e hidrógeno (H2). Estas sustancias químicas fueron selladas dentro de un conjunto estéril de tubos y recipientes de cristal conectados entre sí en circuito cerrado. Uno de los recipientes estaba medio lleno de agua líquida y otro contenía un par de electrodos. Se calentó el agua líquida para que se evaporase, y los electrodos emitían descargas eléctricas a otros recipientes, que atravesaban el vapor de agua y los gases de matraz, y que simulaban los rayos que se producirían en una atmósfera de Tierra primitiva. Después, la atmósfera del experimento se enfrió de modo que el vapor de agua condensara de nuevo y las gotas volviesen al primer recipiente, que se volvía a calentar en un ciclo continuo, creando de esta manera, diferentes compuestos orgánicos. Oparin sabía que la Tierra carecía de oxígeno antes de la vida. La evidencia está en que cuando se extraen rocas con hierro, este no está en forma de óxido sino en su forma metálica.
Antes de que apareciera la vida en la Tierra, había moléculas simples e inorgánicas como el agua, el metano o el amoníaco. Pero debido a los factores que se dieron en la Tierra en ese momento (rayos, choques constantes de meteoritos, erupciones volcánicas, etc.) las sustancias inorgánicas se dividieron dando lugar a moléculas orgánicas (aminoácidos glucosa etc.…). Las moléculas inorgánicas se transformaron en orgánicas cuando hubo un aporte de energía. Las sustancias complejas se agruparon en gotitas llamadas coacervados que se acumularon en los mares primitivos hasta que dieron lugar a moléculas capaces de reproducirse. Estos primeros seres vivos fueron los que transformaron las grandes cantidades de dióxido de carbono en oxígeno.
Stanley Miller trato de probar esta teoría con un aparato sencillo mezclando vapor de agua, metano, amoniaco e hidrógeno. Se pensaba que estos gases eran los que existieron en la atmósfera terrestre en aquel entonces. Para simular las corrientes eléctricas (aportes de energía) utilizó electrodos. Con este experimento simuló las condiciones prebióticas y con el aporte de energía de los electrodos logró la obtención de aminoácidos, algunos azúcares y de ácidos nucleicos, pero nunca logró la obtención de materia viva, solo algunos de sus componentes.
La historia del experimento
En 19535 Stanley L. Miller, estudiante de la Universidad de California, le propuso a su director Harold Urey realizar un experimento para contrarrestar la hipótesis deAlexander Oparin y J. B. S. Haldane, según la cual en las condiciones de la Tierra primitiva se habían producido reacciones químicas que condujeron a la formación de compuestos orgánicos a partir de inorgánicos, que posteriormente originaron las primeras formas de vida. Urey pensaba que los resultados no serían concluyentes pero finalmente aceptó la propuesta de Miller; diseñaron un aparato en el que simularon algunas condiciones de la atmósfera de la Tierra primitiva.
Descripción
El experimento consistió, básicamente, en someter una mezcla de metano, amoníaco, hidrógeno, dióxido de carbono, nitrógeno y agua a descargas eléctricas de 60.000voltios a temperaturas muy altas. Como resultado, se observó la formación de una serie de moléculas orgánicas, entre la que destacan ácido acético, glucosa, y losaminoácidos glicina, alanina, ácido glutámico y ácido aspártico, usados por las células como los pilares básicos para sintetizar sus proteínas.
En el aparato se introdujo la mezcla gaseosa, el agua se mantenía en ebullición y posteriormente se realizaba la condensación; las sustancias se mantenían a través del aparato mientras dos electrodos producían descargas eléctricas continuas en otro recipiente.
Después que la mezcla había circulado a través del aparato, por medio de una llave se extraían muestras para analizarlas. En éstas se encontraron, como se ha mencionado, varios aminoácidos, un carbohidrato y algunos otros compuestos orgánicos. El experimento ha sido repetido en múltiples ocasiones, obteniendo compuestos orgánicos diversos. Sin embargo, aún no se han obtenido proteínas.
En 2008, otros investigadores encontraron el aparato que Miller usó en sus tempranos experimentos y analizaron el material remanente usando técnicas modernas más sensibles. Los experimentos habían incluido la simulación de otros ambientes, no publicados en su momento, como gases liberados en erupciones volcánicas. El análisis posterior encontró más aminoácidos y otros compuestos de interés que los mencionados en el experimento publicado.7 8 9 10
Química del experimento
La primera fase de las reacciones entre la mezcla de gases del experimento origina cianuro de hidrógeno (HCN), formaldehido (CH2O) y otros compuestos activos intermedios como acetileno, cianoacetileno, etc:
- CO2 → CO + [O] (oxígeno atómico)
- CH4 + 2[O] → CH2O + H2O
- CO + NH3 → HCN + H2O
- CH4 + NH3 → HCN + 3H2 (proceso BMA)
El formaldehido, amoníaco, y HCN pueden después experimentar una reacción llamada síntesis de Strecker para formar aminoácidos u otras biomoléculas:
- CH2O + HCN + NH3 → NH2-CH2-CN + H2O
- NH2-CH2-CN + 2H2O → NH3 + NH2-CH2-COOH (glicina)
Además, el agua y el formaldehido pueden responder debido a la reacción de Butlerov para producir varios azúcares como la ribosa.
Impacto
Este experimento, junto a una considerable evidencia geológica, biológica y química, ayuda a sustentar la teoría de que la primera forma de vida se formó de manera espontánea mediante reacciones químicas. Sin embargo, todavía hay científicos que no están convencidos. El astrofísico británico Fred Hoyle -oponente a la teoría del Big Bang y defensor de un universo estacionario, en su momento- comparó la supuesta posibilidad de que la vida apareciera sobre la Tierra como resultante de reacciones químicas con el "equivalente de que un tornado que pasa por un cementerio de autos logre construir un Boeing 747 a partir de los materiales recopilados allí". El consenso entre los biólogos es que la interpretación estadística de Hoyle es errada, y se refieren a este argumento como la falacia de Hoyle.
Esta imagen representa un complejo aparato, parecido al que debió usarse en el experimento de Miller Urey.
Haz "click" en la imagen para una vista completa
Original de Ventanas al Universo
Haz "click" en la imagen para una vista completa
Original de Ventanas al Universo
Experimento de Miller Urey
En los años 50, los bioquímicos Stanley Miller y Harold Urey llevaron a cabo un experimento que mostraba que varios componentes orgánicos se podían formar de forma espontánea si se simulaban las condiciones de la la atmósfera temprana de la Tierra.
Diseñaron un tubo que contenía la mayoría de los gases, similares a los existentes en la atmósfera temprana de la Tierra, y una piscina de agua que imitaba al océano temprano. Los electrodos descargaron un corriente eléctrica dentro de la cámara llena de gas, simulando a un rayo. Dejaron que el experimento se sucediera durante una semana entera, y luego analizaron los contenidos en la piscina líquida. Se dieron cuenta de que varios aminoácidos orgánicos se habían formado de manera espontánea a partir de estos materiales inorgánicos simples. Estas moléculas se unieron en la piscina de agua y formaron coacervados.
Este experimento, junto a una considerable evidencia geológica, biológica y química, ayuda a sutentar la teoría de que la primera forma de vida se formó de manera espontánea mediante reacciones químicas. Sin embargo, todavía hay muchos científicos que no están convencidos. El astrofísico británico Fred Hoyle, compara la supuesta posibilidad de que la vida apareció sobre la Tierra como resultante de reacciones químicas con el "equivalente de que un tornado que pasa por un cementerio de autos logre construir a un Boeing 747 a partir de los materiales recopilados allí".
En 19531 Stanley L. Miller (1930-2007), un estudiante de doctorado de la Universidad de Chicago propuso a su director Harold Urey, realizar un experimento para contrastar la hipótesis de Aleksandr Oparin y J. B. S. Haldane según la cual en las condiciones de la Tierra primitiva se habían producido reacciones químicas que condujeron a la formación de compuestos orgánicos a partir de inorgánicos, que posteriormente originaron las primeras formas de vida. Urey pensaba que los resultados no serían concluyentes pero finalmente aceptó la propuesta de Miller. Diseñaron un aparato en el que simularon algunas condiciones de la atmósfera de la Tierra primitiva.
Descripción
El experimento consistió, básicamente, en someter una mezcla de metano, amoníaco, hidrógeno y agua a descargas eléctricas de 60.000 voltios. Como resultado, se observó la formación de una serie de moléculas orgánicas, entre la que destacan ácido acético, ADP-Glucosa, y los aminoácidos glicina, alanina, ácido glutámico y ácido aspártico, usados por las células como los pilares básicos para sintetizar sus proteínas.
En el aparato se introdujo la mezcla gaseosa, el agua se mantenía en ebullición y posteriormente se realizaba la condensación; las sustancias se mantenían a través del aparato mientras dos electrodos producían descargas eléctricas continuas en otro recipiente.
Después que la mezcla había circulado a través del aparato, por medio de una llave se extraían muestras para analizarlas. En éstas se encontraron, como se ha mencionado, varios aminoácidos, un carbohidrato y algunos otros compuestos orgánicos.
El experimento ha sido repetido en múltiples ocasiones, obteniendo compuestos orgánicos diversos. Sin embargo, aún no se han obtenido proteínas.
En 2008, otros investigadores encontraron el aparato que Miller usó en sus tempranos experimentos y analizaron el material remanente usando técnicas modernas más sensibles. Los experimentos habían incluido la simulación de otros ambientes, no publicados en su momento, como gases liberados en erupciones volcánicas. El análisis posterior encontró más aminoácidos y otros compuestos de interés que los mencionados en el experimento publicado.
Impacto
Este experimento, junto a una considerable evidencia geológica, biológica y química, ayuda a sustentar la teoría de que la primera forma de vida se formó de manera espontánea mediante reacciones químicas. Sin embargo, todavía hay científicos que no están convencidos. El astrofísico británico Fred Hoyle -oponente a la teoría del Big Bang y defensor de un universo estacionario, en su momento- comparó la supuesta posibilidad de que la vida apareciera sobre la Tierra como resultante de reacciones químicas con el "equivalente de que un tornado que pasa por un cementerio de autos logre construir un Boeing 747 a partir de los materiales recopilados allí". El consenso entre los biólogos es que la interpretación estadística de Hoyle es errada, y se refieren a este argumento como la falacia de Hoyle.
El experimento 'perdido' de Miller-Urey muestra más de los ladrillos constituyentes de la vida
Un experimento clásico demostrando aminoácidos se crean cuando las moléculas inorgánicas están expuestos a la electricidad no es toda la historia, resulta. El 1953 de Miller-Urey Síntesis constaba de dos estudios de hermanos, ninguno de los cuales fue publicado. Los viales que contienen los productos de esos experimentos se han recuperado recientemente y volver a analizar el uso de tecnología moderna. Los resultados se presentan en Science de esta semana. Uno de los experimentos no publicados por el químico estadounidense Stanley Miller (bajo su mentor de la Universidad de Chicago, premio Nobel Harold Urey) produce realmente una gran variedad de moléculas orgánicas que el experimento que hizo famoso Miller. La diferencia entre los dos experimentos es pequeño - el experimento inédito utiliza un vaso picudos "aspiradora" que simplemente el aumento del flujo de aire a través de un dispositivo de vacío, de cristal hermético. El aumento del flujo de aire crea un recipiente de reacción más dinámica, o "al vapor volcánico rico" condiciones, según los autores del presente informe es.
El aparato utilizado para el experimento original de Miller. Agua hervida (1) crea el flujo de aire, la conducción de vapor y gases a través de una chispa (2). Un condensador de refrigeración (3) se vuelve un poco de vapor de nuevo en agua líquida, que gotea en la trampa (4), donde los productos químicos también resolver. (Fotografía: Ned Shaw, la Universidad de Indiana)
"El aparato de Stanley Miller prestó la menor atención a dado los resultados más excitantes", dijo Adam Johnson, autor principal del informe publicado en Science. "Tenemos la sospecha de parte de la razón de esto era que no tenía las herramientas de análisis que tenemos hoy, por lo que se habría perdido mucho." Johnson es un estudiante de doctorado en el Programa de Bioquímica IU Bloomington. Su asesor es biogeoquímico Lisa Pratt, profesor de ciencias geológicas y el director de Indiana-Princeton-Tennessee Instituto de Astrobiología de la NASA. En su artículo de 15 de mayo 1953, en la Ciencia ", una producción de aminoácidos bajo condiciones posibles de la Tierra primitiva," Miller identificó sólo cinco aminoácidos: ácido aspártico, la glicina, el ácido alfa-amino-butírico, y dos versiones de la alanina. Ácido aspártico, la glicina y la alanina son componentes comunes de las proteínas naturales. Miller se basó en una técnica de secante para identificar las moléculas orgánicas que él había creado - las condiciones primitivas de laboratorio para los estándares actuales. En un diario de 1955 del documento de la American Chemical Society, Miller identificó otros compuestos, tales como ácidos carboxílicos e hidroxi. Pero no habría sido capaz de identificar cualquier cosa presente en niveles muy bajos. Johnson, del Instituto Scripps de Oceanografía de la marina químico Bada Jeffrey (el investigador principal del papel de la ciencia actual es), la Universidad Nacional Autónoma de México biólogo Lazcano Antonio, del Instituto Carnegie de Washington químico Cleaves James, y la NASA Goddard Space Flight Center astrobiólogos Jason Dworkin y Daniel viales Glavin examinado sobrantes de los experimentos de Miller de la década de 1950. Viales relacionados con el experimento original, publicado contenidos mucho más moléculas orgánicas que Stanley Miller se dio cuenta de - 14 aminoácidos y aminas de cinco años. El 11 viales científicos recuperado de la experiencia inédita de aspiración, sin embargo, produjo 22 aminoácidos y las mismas cinco aminas con rendimientos comparables a los del experimento original. "Creíamos que era más que aprender del experimento original de Miller", dijo Bada. "Hemos encontrado que en comparación con su diseño de todo el mundo está familiarizado con los libros de texto, el aparato volcánico produce una variedad más amplia de compuestos." Johnson agregó: "Muchos de estos otros aminoácidos tienen grupos hidroxilo unidos a ellos, lo que significa que estaría más reactivo y más probabilidades de crear moléculas totalmente nuevas, con suficiente tiempo." Los resultados del experimento placer renovado, sino también perplejo. ¿Qué está impulsando la diversidad molecular en el segundo experimento? ¿Y por qué no se Miller publicar los resultados de la segunda experiencia? Una posible respuesta a la primera pregunta puede ser la tasa de aumento del flujo en sí, explicó Johnson. "Eliminación de las moléculas de reciente formación de la chispa por la tasa de incremento del flujo parece crucial," dijo. "Es posible que el chorro de vapor empuja las moléculas de nueva síntesis de la emisión de encendido antes de reacciones adicionales que se conviertan en algo menos interesante. Otro pensamiento es que simplemente tener más agua presente en la reacción permite una mayor variedad de reacciones que se produzcan." Una respuesta a la segunda pregunta es relegado a la especulación - Miller, siendo un héroe para muchos científicos, sucumbió a un corazón débil en 2007. Johnson dice que él y Bada sospecha Miller no estaba impresionado con el experimento de dos de los resultados, optando en su lugar para informar los resultados de un experimento sencillo para los editores de Science. Tercio de Miller, también inédito, experimento se utilizó un aparato que había un aspirador, pero utiliza un "silencio" de descarga. Este tercer dispositivo parece haber producido una menor diversidad de moléculas orgánicas.
El aparato utilizado para el experimento original de Miller. Agua hervida (1) crea el flujo de aire, la conducción de vapor y gases a través de una chispa (2). Un condensador de refrigeración (3) se vuelve un poco de vapor de nuevo en agua líquida, que gotea en la trampa (4), donde los productos químicos también resolver. (Fotografía: Ned Shaw, la Universidad de Indiana)
"El aparato de Stanley Miller prestó la menor atención a dado los resultados más excitantes", dijo Adam Johnson, autor principal del informe publicado en Science. "Tenemos la sospecha de parte de la razón de esto era que no tenía las herramientas de análisis que tenemos hoy, por lo que se habría perdido mucho." Johnson es un estudiante de doctorado en el Programa de Bioquímica IU Bloomington. Su asesor es biogeoquímico Lisa Pratt, profesor de ciencias geológicas y el director de Indiana-Princeton-Tennessee Instituto de Astrobiología de la NASA. En su artículo de 15 de mayo 1953, en la Ciencia ", una producción de aminoácidos bajo condiciones posibles de la Tierra primitiva," Miller identificó sólo cinco aminoácidos: ácido aspártico, la glicina, el ácido alfa-amino-butírico, y dos versiones de la alanina. Ácido aspártico, la glicina y la alanina son componentes comunes de las proteínas naturales. Miller se basó en una técnica de secante para identificar las moléculas orgánicas que él había creado - las condiciones primitivas de laboratorio para los estándares actuales. En un diario de 1955 del documento de la American Chemical Society, Miller identificó otros compuestos, tales como ácidos carboxílicos e hidroxi. Pero no habría sido capaz de identificar cualquier cosa presente en niveles muy bajos. Johnson, del Instituto Scripps de Oceanografía de la marina químico Bada Jeffrey (el investigador principal del papel de la ciencia actual es), la Universidad Nacional Autónoma de México biólogo Lazcano Antonio, del Instituto Carnegie de Washington químico Cleaves James, y la NASA Goddard Space Flight Center astrobiólogos Jason Dworkin y Daniel viales Glavin examinado sobrantes de los experimentos de Miller de la década de 1950. Viales relacionados con el experimento original, publicado contenidos mucho más moléculas orgánicas que Stanley Miller se dio cuenta de - 14 aminoácidos y aminas de cinco años. El 11 viales científicos recuperado de la experiencia inédita de aspiración, sin embargo, produjo 22 aminoácidos y las mismas cinco aminas con rendimientos comparables a los del experimento original. "Creíamos que era más que aprender del experimento original de Miller", dijo Bada. "Hemos encontrado que en comparación con su diseño de todo el mundo está familiarizado con los libros de texto, el aparato volcánico produce una variedad más amplia de compuestos." Johnson agregó: "Muchos de estos otros aminoácidos tienen grupos hidroxilo unidos a ellos, lo que significa que estaría más reactivo y más probabilidades de crear moléculas totalmente nuevas, con suficiente tiempo." Los resultados del experimento placer renovado, sino también perplejo. ¿Qué está impulsando la diversidad molecular en el segundo experimento? ¿Y por qué no se Miller publicar los resultados de la segunda experiencia? Una posible respuesta a la primera pregunta puede ser la tasa de aumento del flujo en sí, explicó Johnson. "Eliminación de las moléculas de reciente formación de la chispa por la tasa de incremento del flujo parece crucial," dijo. "Es posible que el chorro de vapor empuja las moléculas de nueva síntesis de la emisión de encendido antes de reacciones adicionales que se conviertan en algo menos interesante. Otro pensamiento es que simplemente tener más agua presente en la reacción permite una mayor variedad de reacciones que se produzcan." Una respuesta a la segunda pregunta es relegado a la especulación - Miller, siendo un héroe para muchos científicos, sucumbió a un corazón débil en 2007. Johnson dice que él y Bada sospecha Miller no estaba impresionado con el experimento de dos de los resultados, optando en su lugar para informar los resultados de un experimento sencillo para los editores de Science. Tercio de Miller, también inédito, experimento se utilizó un aparato que había un aspirador, pero utiliza un "silencio" de descarga. Este tercer dispositivo parece haber producido una menor diversidad de moléculas orgánicas.
No hay comentarios:
Publicar un comentario