Millerův–Ureyův experiment

Po smrti Stanleyho Millera v roce 2007 vědci zkoumali ampulky se vzorky z původního experimentu a našli v nich více než 20 různých aminokyselin. To je podstatně více, než Miller publikoval, a také více než 20 přirozeně se vyskytujících aminokyselin.[6] Navíc některé důkazy naznačují, že původní atmosféra Země měla jiné složení než plyn použitý v Millerově–Ureyově experimentu. Existují důkazy, že před 4 miliardami let na Zemi probíhaly silné sopečné erupce, které do ovzduší uvolnily oxid uhličitý (CO₂), dusík, sulfan (H₂S) a oxid siřičitý (SO₂). Experimenty používající navíc tyto plyny přinesly jiné výsledky.[7]

V experimentu byly použity voda (H₂O), methan (CH₄), amoniak (NH₃) a vodík (H₂). Tyto chemikálie byly uzavřeny do řady sterilních skleněných trubiček a baněk, které byly spojeny ve smyčku. Jedna baňka byla z půlky naplněná kapalnou vodou a v druhé byla dvojice elektrod. Voda byla nejprve zahřáta, aby se vypařila. Mezi elektrodami pak přeskakovaly jiskry, které simulovaly blesky procházející atmosférou a vodní párou. Ovšem podle dnešních poznatků nelze takovou aktivitu blesků v minulosti předpokládat.[8] Nakonec se atmosféra zchladila, aby voda kondenzovala a dostala se znovu do první baňky. Tím se kruh uzavřel a proces pak probíhal stále dokola.

Po jednom týdnu trvání experimentu Miller a Urey pozorovali, že 10–15 % uhlíku se přeměnilo v organické sloučeniny. Ze dvou procent se staly aminokyseliny, z kterých se vytvářejí bílkoviny v živých buňkách, s tím, že nejhojnější aminokyselinou byl glycin. Vznikly i sacharidy. Nevytvořily se žádné nukleové kyseliny, ale vzniklo všech 20 běžných aminokyselin.

Jednokroková reakce přítomných chemikálií může vytvořit kyselinu kyanovodíkovou (HCN), formaldehyd (HCHO),[9][10] a další sloučeniny (např. ethyn nebo kyanoacetylen):

CO₂ → CO + [O] (atomární kyslík)

CH₄ + 2 [O] → HCHO + H₂O

CO + NH₃ → HCN + H₂O

CH₄ + NH₃ → HCN + H₂

Formaldehyd, amoniak a kyanovodík spolu poté reagují a vytvářejí aminokyseliny a jiné biomolekuly:

HCHO + HCN + NH₃ → NH₂-CH₂-CN + H₂O

NH₂-CH₂-CN + 2 H₂O → NH₃ + NH₂-CH₂-COOH (glycin)

Voda a formaldehyd spolu navíc mohou reagovat (Butlerova reakce) a vytvořit různé sacharidy (např. ribózu).

Tento experiment inspiroval další vědce. V roce 1961 Joan Oró objevil, že z kyanovodíku (HCN) a amoniaku může ve vodě vzniknout adenin, stavební báze nukleotidů. V experimentu se mu podařilo vytvořit adenin, jehož molekula se skládá z pěti molekul HCN.[11] V těchto podmínkách také z HCN a amoniaku vznikne mnoho aminokyselin.[12]

Pozdější experimenty Jeffreyho Bady ze Scrippsova institutu oceánografie byly podobné tomu původnímu, ale zjistil, že v současném modelu atmosféry mladé Země tvoří oxid uhličitý (CO₂) a dusík (N₂) dusitany, které aminokyselinu hned po jejím vzniku zničí. Nicméně mladá Země mohla obsahovat značné množství železa a uhlíkatých minerálů, které jsou schopny neutralizovat efekty dusitanů. Když Bada zopakoval experiment s železem a uhlíkatými minerály, vzniklo několik aminokyselin. To naznačuje, že původ nezanedbatelného množství aminokyselin mohl nastat, i když v zemské atmosféře byly oxid uhličitý a dusík.[13]

Výše uvedené experimenty naznačují, že před 4 miliardami let procházela Země obdobím silných sopečných erupcí, které do atmosféry vypouštěly oxid uhličitý, dusík, sulfan a oxid siřičitý. Tyto prvky Miller s Ureyem v původním experimentu nepoužili. Z experimentů, ve kterých se s těmito plyny počítalo, vzešly rozmanitější molekuly. Vytvořila se při nich racemická směs, která obsahovala L i D enantiomery ve stejném poměru.[7] V přírodě se ale L aminokyseliny vyskytují častěji; pozdější experimenty ukázaly, že lze dosáhnout i odlišného poměru L a D enantiomerů.[14]

Podobné podmínky, jako použili Miller a Urey, se nacházejí v různých oblastech sluneční soustavy. Murchisonský meteorit, který v roce 1969 dopadl do jižní Austrálie, obsahoval více než 90 různých aminokyselin, z čehož devatenáct se nachází také v živých organismech na Zemi. Byly v něm také objeveny stopy po drobných zrnech materiálu („kosmického prachu“), který je starší než celá Sluneční soustava (stáří tohoto materiálu vzniklého explozemi dávných hvězd je odhadováno přibližně na 7 miliard let).[15] Předpokládá se, že na kometách a některých dalších tělesech se vyskytují velká množství složitých uhlíkatých sloučenin (jako např. tholin), které ztmavují jejich povrch.[16] Mladá Země byla často bombardována kometami, které mohly dodávat množství složitých organických sloučenin spolu s vodou. Z této myšlenky vznikla hypotéza panspermie.

Když v roce 2007 Stanley Miller umřel, jeho student Jeffrey Bada získal vzorky z původního experimentu. Vědci zjistili, že Miller s tehdejšími technologiemi nedokázal zjistit kompletní výsledek svého experimentu.[6]

V roce 2008 skupina vědců zkoumala 11 ampulek z Millerova experimentu z padesátých let. Pomocí kapalinové chromatografie a hmotnostní spektrometrie objevili více organických molekul než on, nejvíce 22 aminokyselin, 5 aminů a mnoho hydroxylovaných molekul.[17][18]

V následujících letech se jim dařilo izolovat další aminokyseliny, skončili na čísle 25. Profesor Bada odhadl, že přesnější měření by mohla odhalit až o 40 více aminokyselin ve velmi malých koncentracích, ale vědci se zkoumáním přestali.[6]