Condurre esperimenti Miller-Urey

L'obiettivo generale del seguente esperimento è condurre un esperimento di scarica elettrica alla Miller-Urey. Questo viene realizzato introducendo acqua in un pallone a reazione per rappresentare gli oceani della Terra primordiale. Come secondo passaggio, viene introdotta una serie di gas nel pallone a reazione per imitare le condizioni atmosferiche primitive.

Successivamente, viene applicata una scarica elettrica all'interno del pallone reattore. Al fine di imitare i fulmini sulla Terra primordiale, si ottengono risultati che mostrano la presenza di molecole importanti per la vita, rilevabili mediante cromatografia liquida ad alte prestazioni con rivelazione a fluorescenza e analisi degli aminoacidi su campioni ottenuti dalla scarica a scintilla. L'esperimento di Miller-Urey può contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo delle origini della vita, come ad esempio quali tipi di condizioni prebiotiche possano aver facilitato la sintesi di specifici composti organici ritenuti importanti per la vita. Per iniziare questa procedura, allestire il manifold e il sistema a vuoto come descritto nel protocollo testuale.

Versare 200 millilitri di acqua ultrapura in un pallone reattore da tre litri. Introdurre una barretta magnetica preventivamente pulita e sterilizzata, che garantirà una rapida dissoluzione dei gas solubili e un efficiente mescolamento dei reagenti. Mescolare durante l'esperimento.

Collegare gli elettrodi di tungsteno al pallone da tre litri utilizzando una minima quantità di grasso da vuoto, con le punte distanziate di circa un centimetro. All'interno del pallone, fissare con mollette. Inserire un adattatore con rubinetto integrato nel collo del pallone da tre litri e fissarlo con una molletta.

Collegare il pallone da tre litri al collettore del gas tramite l'adattatore. Utilizzare una pinza o una morsetto per fissare saldamente il pallone. Aprire tutte le valvole tranne la valvola sei e il rubinetto due sul collettore, lasciando.

Chiudere tutti i rubinetti collegati al pallone di reazione. Accendere la pompa a vuoto per evacuare il collettore. Una volta raggiunta una lettura stabile di vuoto inferiore a un millimetro di mercurio, chiudere la valvola uno e lasciare il collettore a riposo per circa 15 minuti per verificare la presenza di perdite di vuoto.

Dopo 15 minuti, applicare l'agitazione magnetica al recipiente di reazione. Aprire la valvola uno e il rubinetto uno per evacuare lo spazio libero del pallone da tre litri. Fino a quando la pressione non ha raggiunto un valore inferiore a un millimetro di mercurio.

Calcolare la pressione necessaria di ammoniaca gassosa da introdurre nel collettore come descritto nel protocollo del testo. Assicurarsi che la valvola sei sia chiusa e chiudere la valvola uno e tutti i rubinetti collegati al pallone di reazione, lasciando aperto il rubinetto due.

Prima di introdurre qualsiasi gas nel collettore, introdurre ammoniaca nel collettore fino a raggiungere la pressione stabilita, aprendo il rubinetto uno per introdurre 200 millimetri di mercurio di ammoniaca nel pallone da reazione da tre litri. L'ammoniaca si scioglierà nell'acqua presente nel pallone da reazione e la pressione diminuirà lentamente. Una volta che la pressione ha smesso di calare, chiudere il rubinetto uno e registrare la pressione letta dal manometro.

Questo valore rappresenta la pressione all'interno del pallone e verrà utilizzato per calcolare le pressioni di altri gas che saranno introdotti successivamente nel collettore aprendo la valvola Uno. Evacuare il collettore fino a una pressione inferiore a un millimetro di mercurio. Chiudere la valvola Due e scollegare la bombola di gas ammoniaca dal collettore.

Dopo aver calcolato la pressione necessaria del metano da introdurre nel collettore come descritto nel protocollo testuale, assicurarsi che la valvola sei e tutti i rubinetti a chiusura collegati al pallone reattore siano chiusi, mentre tutti gli altri rubinetti e il rubinetto due siano aperti per evacuare il collettore fino a una pressione inferiore a un millimetro di mercurio; quindi chiudere la valvola uno. Una volta evacuato il collettore, introdurre il metano nel collettore fino al raggiungimento della pressione calcolata. Successivamente, aprire il rubinetto uno per introdurre 200 millimetri di mercurio di metano nel pallone reattore da tre litri.

Chiudere il rubinetto uno. Una volta introdotta la pressione desiderata di metano nel pallone da reazione da tre litri, registrare la pressione misurata dal manometro aprendo la valvola uno per evacuare il collettore a meno di un millimetro di mercurio.

Infine, chiudere la valvola due e scollegare la bombola di metano dal collettore. Assicurarsi che la valvola sei e tutti i rubinetti siano chiusi. Chiudere la fiala della reazione mentre tutti gli altri rubinetti e il rubinetto due sono aperti.

Evacuare il collettore fino a una pressione inferiore a un millimetro di mercurio, quindi chiudere la valvola uno. Una volta che il collettore è stato evacuato, introdurre gas azoto nel collettore fino a raggiungere la pressione calcolata. A questo punto, aprire il rubinetto uno per introdurre 100 millimetri di mercurio di gas azoto nel pallone di reazione.

Chiudere il rubinetto uno. Una volta introdotta la pressione desiderata di gas azoto nel pallone di reazione, registrare la pressione utilizzando il manometro con la valvola aperta. Uno per evacuare il collettore a meno di un millimetro di mercurio.

Chiudere la valvola due e scollegare la bombola di gas azoto dal collettore. Staccare il pallone della reazione dal collettore chiudendo il rubinetto uno e la valvola uno. Una volta che tutti i gas sono stati introdotti nel pallone di reazione, aprire la valvola sei in modo che l'aria ambiente possa entrare nel collettore e portare il collettore alla pressione ambiente.

Fissare la bobina di Tesla collegata al generatore di scintille ad alta frequenza. Collegare l'elettrodo in tungsteno opposto a una messa a terra elettrica per consentire un efficiente passaggio della corrente elettrica attraverso il gap tra i due elettrodi. Impostare la tensione di uscita del generatore di scintille a circa 30.000 volt, come specificato nei documenti forniti dal produttore prima di attivare la scintilla.

Chiudere il pannello della cappa chimica per fungere da schermo di sicurezza tra l'apparecchiatura e l'operatore. Accendere la bobina di Tesla per avviare l'esperimento e lasciare proseguire la produzione di scintille per due settimane con cicli di un'ora accesa e un'ora spenta. Arrestare l'esperimento spegnendo la bobina di Tesla, aprire il rubinetto uno per introdurre lentamente l'aria ambiente nel pallone reattore e facilitare la rimozione dell'adattatore e degli elettrodi di tungsteno, in modo da poter raccogliere i campioni se desiderato.

È possibile utilizzare un vuoto per rimuovere i gas tossici dal pallone a reazione mediante una pipetta di vetro tarata. Prelieva i campioni liquidi dal pallone a reazione, avendo cura di minimizzare l'esposizione a contaminanti come quelli che potrebbero essere introdotti toccando la pipetta con la grassa da vuoto o altre superfici non sterili. Trasferisci il campione in un contenitore sterile in plastica o vetro, sigilla i contenitori dei campioni e conserva in un congelatore in grado di raggiungere temperature di meno 20 gradi Celsius o inferiori, poiché i prodotti insolubili potrebbero impedire alla soluzione campione di congelare a zero gradi Celsius.

Utilizzare salviette da laboratorio pulite per rimuovere la grassa da vuoto dal collo dell'apparecchiatura, dall'adattatore, dal rubinetto e dal vetro circostante gli elettrodi al tungsteno. Pulire accuratamente queste stesse superfici con toluene per rimuovere completamente la grassa da vuoto organica dalla vetreria.

Se si utilizza grasso siliconico, il grasso per vuoto elevato potrebbe rimanere sul materiale vetroso dopo la pirolisi, causando problemi futuri come descritto nel protocollo testuale; pertanto, pulire accuratamente il pallone reattore con una spazzola e i solventi elencati nel protocollo testuale, seguendo l'ordine indicato. Coprire tutte le aperture del pallone reattore con carta d'alluminio e avvolgere l'adattatore e le sue componenti con carta d'alluminio. Una volta che tutto il materiale vetroso è stato avvolto nella carta d'alluminio, sottoporlo a pirolisi per almeno tre ore in aria a 500 gradi Celsius.

Infine, pulire delicatamente gli elettrodi con metanolo e lasciare asciugare all'aria; procedere quindi all'analisi dei campioni come descritto nel protocollo testuale. Di seguito è riportato un cromatogramma di un aldeide Aldi, di una cisteina acetil-L o di un aminoacido standard derivatizzato O-P-A-N-A-C, ottenuto mediante HPLC abbinata a rilevazione fluorimetrica e spettrometria di massa con triplo quadrupolo. Gli aminoacidi contenuti nello standard includono quelli tipicamente prodotti negli esperimenti di scarica elettrica di tipo Miller-Urey. Vengono mostrati tracciati fluorimetrici rappresentativi di un campione tipico e di un bianco analitico, che dimostrano la complessità molecolare dei campioni ottenuti mediante scarica elettrica di tipo Miller-Urey.

Questo cromatogramma campione è stato prodotto da un esperimento di scarica a scintilla utilizzando 300 millimetri di mercurio di metano, 250 millimetri di mercurio di ammoniaca e 250 millimetri di acqua come condizioni iniziali. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come condurre un esperimento di scarica a scintilla.