Summary
De Miller-Urey experiment was een baanbrekende studie over de abiotische synthese van organische verbindingen met mogelijke relevantie voor de oorsprong van het leven. Eenvoudige gassen werden in een glazen apparatuur en onderworpen aan een elektrische ontlading, de gevolgen van de bliksem in de oer-aarde atmosfeer-oceaan systeem simuleren. Het experiment werd gedurende een week, waarna de verzamelde daaruit monsters werden geanalyseerd op de chemische bouwstenen van het leven.
Abstract
In 1953, Stanley Miller meldde de productie van biomoleculen van eenvoudige gasvormige uitgangsmaterialen, met behulp van een apparaat gebouwd om de primordiale Aarde atmosfeer-oceaan systeem te simuleren. Miller geïntroduceerd 200 ml water, 100 mmHg H2, 200 mmHg CH4 en 200 mmHg NH3 in het apparaat, vervolgens onderworpen dit mengsel onder reflux, een elektrische ontlading een week, terwijl tegelijkertijd het water was verwarmd. Het doel van dit manuscript is de lezer een algemene experimentele protocol dat kan worden gebruikt om een type Miller-Urey vonkontlading experiment via een vereenvoudigde 3 L reactiekolf. Aangezien het experiment bestaat uit de blootstelling van ontvlambare gassen een hoog voltage elektrische ontlading, het is het waard het benadrukken van belangrijke stappen die het explosiegevaar te verminderen. De algemene procedures in dit werk beschreven kan worden geëxtrapoleerd naar het ontwerpen en uitvoeren van een breed scala van elektrische ontlading experiments simuleren primitieve planetaire omgevingen.
Introduction
De aard van de oorsprong van het leven op aarde blijft een van de meest ondoorgrondelijke wetenschappelijke vragen. In de jaren 1920 Russische bioloog Alexander Oparin en Britse evolutiebioloog en geneticus John Haldane voorgesteld het concept van een "oersoep" 1,2, waarin de primitieve aardse oceanen met organische verbindingen die chemische evolutie kan hebben vergemakkelijkt. Het was echter pas in de jaren 1950 toen chemici begon opzettelijke laboratoriumonderzoeken gericht op het begrijpen hoe organische moleculen kunnen worden gesynthetiseerd uit eenvoudige uitgangsmaterialen op de vroege aarde voeren. Een van de eerste verslagen daartoe was de synthese van mierenzuur uit de bestraling van waterige oplossingen CO 2 in 1951 3.
In 1952, Stanley Miller, dan een afgestudeerde student aan de Universiteit van Chicago, benaderde Harold Urey over het doen van een experiment om de mogelijkheid te evalueren die organische verbindingenbelangrijk voor het ontstaan van leven kan zijn abiologically gevormd op de vroege aarde. Het experiment werd uitgevoerd met behulp van een op maat gemaakte glazen apparatuur (Figuur 1A) ontworpen voor het simuleren van de primitieve aarde. Miller experiment nagebootst bliksem door de werking van een elektrische ontlading een gasmengsel die de eerste atmosfeer, in aanwezigheid van een vloeibaar water reservoir, die de eerste oceanen. De inrichting gesimuleerd evaporatie en precipitatie met behulp van een verhittingsmantel en een condensator, respectievelijk. Specifieke details over het apparaat Miller gebruikt kan elders 4 te vinden. Na een week van vonken, werd de inhoud van de kolf zichtbaar getransformeerd. Het water bleek een troebele, roodachtige kleur 5 en geel-bruine materiaal dat zich op de elektroden 4. Dit baanbrekende werk wordt beschouwd als de eerste opzettelijke, efficiënte synthese van biomoleculen onder gesimuleerde primitieve aarde omstandigheden. 
Figuur 1. Vergelijking tussen de twee soorten apparaten die in dit document. De klassieke inrichting die wordt gebruikt voor de originele Miller-Urey experiment (A) en de vereenvoudigde voorzieningen die bij het protocol hier (B) geschetst. Klik hier voor grotere afbeelding .
Na de 1953 publicatie van resultaten van Miller klassieke experiment talrijke variaties van de vonkontlading experiment, bijvoorbeeld met andere gasmengsels, werden uitgevoerd om de waarschijnlijkheid van het produceren organische verbindingen belangrijk voor het leven onder een aantal mogelijke vroege aarde omstandigheden verkennen. Bijvoorbeeld, een CH4 2 O / NH 3 / H2S gas werd getest op zijn vermogen om de gecodeerde zwavelhoudende α-aminozuren produceren, maar deze werden niet gedetecteerd 6. Gaschromatografie-massaspectrometrie (GC-MS) analyse van CH 4 / NH3 mengsel onderworpen aan een elektrische ontlading toonde de synthese van α-aminonitrillen, die aminozuur voorlopers 7. In 1972, met een eenvoudiger inrichting eerst geïntroduceerd door Oró 8 (Figuur 1B), Miller en collega's toonden de synthese van alle gecodeerde α-aminozuren en nonprotein 9 aminozuren 10 die waren geïdentificeerd in de Murchison meteoriet date, door het onderwerpen CH4, N2 en kleine hoeveelheden NH3 een elektrische ontlading. Later, met behulp van deze zelfde vereenvoudigde experimenteel ontwerp, gasmengsels met H 2 O, N 2 en CH 4, CO 2 of CO werden aangewakkerd te study de opbrengst van waterstofcyanide, formaldehyde, en aminozuren als functie van de oxidatietoestand van atmosferische koolstof soorten 11.
In aanvulling op de verkenning van alternatieve experimentele ontwerpen door de jaren heen, hebben aanzienlijke analytische ontwikkelingen voorgedaan sinds Miller's klassieke experiment, die onlangs geholpen meer indringende onderzoeken van elektrische ontlading experimentele monsters gearchiveerd door Miller, dan zou zijn vergemakkelijkt door de technieken Miller had toegang tot in de jaren 1950. Miller vulkanische experiment 12, eerst gerapporteerd in 1955 4 en 1958 H2S bevattende experiment 13 werden naar gevormd meer verschillende en grotere abundanties van vele aminozuren en aminen dan de klassieke experiment, waaronder vele waarvan die was nog niet eerder geïdentificeerd vonk ontlading experimenten.
De in dit document beschreven experiment kan worden uitgevoerd met behulp vanverschillende gasmengsels. Typisch althans dergelijke experimenten een C-dragende gas, een N-dragende gas en water bevatten. Bij sommige planning kan vrijwel elk mengsel van gassen worden onderzocht, is het echter belangrijk om een chemische aspecten van het systeem beoordelen. Bijvoorbeeld kan de pH van de waterfase een grote invloed op de chemie die optreedt er 14 hebben.
De hier beschreven methode is afgestemd op de onderzoekers hoe de vonk ontlading experimenten die het Miller-Urey experiment lijken met behulp van een vereenvoudigde 3 L reactievat, zoals beschreven in Miller's 1972 publicaties 9,10 voeren instrueren. Aangezien dit experiment brengt een hoge spanning elektrische boog die op brandbare gassen, is het cruciaal om O2 uit de reactiekolf met explosiegevaar, die kunnen optreden bij verbranding van verlaagde koolstofhoudende gassen zoals methaan of koolstofmonoxide elimineren of reactie ofH 2 met zuurstof.
Er zijn aanvullende gegevens die moeten worden gehouden bij de voorbereiding van het experiment hier besproken voeren. Ten eerste, wanneer het werken met glas vacuumleidingen en gassen onder druk, bestaat de gevaren van zowel implosie en over-druk. Daarom moet een veiligheidsbril worden gedragen tijd. Tweede wordt het experiment doorgaans uitgevoerd bij lager dan atmosferische druk. Dit minimaliseert het risico van over-druk het spruitstuk en de reactie kolf. Glaswerk worden gewaardeerd bij of boven atmosferische druk zijn echter drukken boven 1 atm afgeraden. De druk kan toenemen in deze experimenten als in water onoplosbare H2 bevrijd van verlaagde gassen (zoals CH4 en NH3). Over-druk kan leiden tot lekkage afdichting, die toestaan atmosferische O2 aan de reactiekolf voeren, waardoor de verbranding induceert, een explosie. Ten derde,dient te worden bedacht dat de wijziging van dit protocol om variaties van het experiment uit te voeren vereist een zorgvuldige planning om ervoor te zorgen onveilige omstandigheden worden niet gemaakt. Ten vierde, is het sterk aanbevolen dat de aspirant-experimentator lezen door de gehele protocol zorgvuldig meerdere malen voordat u probeert dit experiment om zeker te zijn dat hij of zij bekend is met mogelijke valkuilen en dat alle noodzakelijke hardware beschikbaar is en op zijn plaats. Ten slotte, het uitvoeren van experimenten met brandbare gassen moet worden voldaan aan Environmental Health and Safety departementale richtlijnen gastinstelling van de experimentator. Neem deze aanbevelingen alvorens met eventuele experimenten. Alle stappen beschreven in het protocol hier zijn in overeenstemming met de ontvangende institutionele Environmental Health and Safety richtlijnen van de auteurs.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Het opzetten van een spruitstuk / zuiging
- Gebruik een glas spruitstuk om gassen te introduceren in de reactie kolf. Het spruitstuk kan worden gekocht of vervaardigd door een glasblazerij faciliteit, maar omvat vakuumdicht poorten die kunnen worden verbonden met een vacuümsysteem, gasflessen, een vacuümmeter en het reactievat.
- Gebruik slijpstukken en glas stekkers met kleppen op het spruitstuk. Zorg ervoor dat alle O-ringen op de stekkers zijn in staat om de nodige afdichtingen. Bij gebruik dichting kan een voldoende vacuüm vet worden toegepast om een afdichting te maken, indien nodig. Silicon vacuüm vet kan worden gebruikt om potentiële organische verontreiniging te voorkomen.
- Gebruik glazen kranen op het spruitstuk. Breng de minimale hoeveelheid vacuüm vet nodig is om een afdichting te maken.
- Meet het spruitstuk volume. Dit volume wordt gebruikt voor berekeningen gerelateerd aan de uiteindelijke gasdruk in de 3 L reactiekolf en moeten zo nauwkeurig mogelijk bekend. Tenzij het spruitstuk heeft genoeg aansluitingen om al gasflessen tegelijkertijd tegemoet te komen, sluit een cilinder op een moment om het spruitstuk. Omvatten in dit verband, een kraan waarmee het spruitstuk te worden geïsoleerd van de omringende atmosfeer.
- Gebruik geschikte, schone, inerte en chemische en lekken resistente buizen en ultratorr vacuüm fittingen aan de gasflessen aan te sluiten op het spruitstuk. Ultratorr fittingen, zo die worden gebruikt, zijn voor-vinger aangescherpt zijn.
- Maak verbinding met het spruitstuk, een vacuümpomp de grondslag vormen van een vacuum van <1 mmHg. De vacuümpomp uitlaat moet worden gevestigd in de zuurkast, of ontlucht met andere middelen.
- Om een snelle verwezenlijking van vacuüm te waarborgen en bescherming van de pomp, plaats een val tussen het spruitstuk en de vacuümpomp. Een vloeibare stikstof vingerklembeveiliging wordt aanbevolen, omdat het zal voorkomen dat vluchtige stoffen zoals NH3, CO 2 en H 2 O in de pomp. Zorg moet worden genomen, als gevangen vluchtige stoffen, op waNSCHAKELEN, kan het spruitstuk overdruk en resulteren in glas breuk.
- Maak verbinding met het spruitstuk, een manometer of een ander vacuümmeter staat 1 mmHg resolutie of beter. Hoewel verschillende apparaten kunnen worden gebruikt, een kwikmanometer of MacLeod meter, de voorkeur kwik is tamelijk reactief.
- Meet en registreer de omgevingstemperatuur met een geschikte thermometer.
2. Voorbereiding van reaktiekolf
- Verwarm het glaswerk bij 500 ° C gedurende ten minste 3 uur in lucht vóór gebruik organische verontreinigingen.
- Reinig de wolfraam elektroden door zachtjes te wassen met schoon laboratorium doekjes en methanol, en drogen aan de lucht.
- Giet 200 ml ultrapuur water (18.2 MQ cm, <5 ppb TOC) in de 3 L reaktiekolf.
- Introduceer een vooraf gereinigd en gesteriliseerd magnetische roerstaaf, die zal zorgen voor een snelle ontbinding van oplosbare gassen en mengen van reactanten tijdens de experiment.
- Bevestig de wolfraam elektroden met de 3 L reactiekolf met een minimale hoeveelheid vacuüm vet, tips gescheiden door ongeveer 1 cm in de kolf. Vast met clips.
- Steek een adapter met ingebouwde kraan in de hals van de 3 L reactie kolf en beveiligen met een clip.
- Bevestig de 3 L reactie kolf met het gas spruitstuk via de adapter. Gebruik een paperclip of klem te helpen beveiligen van de kolf.
- Vet alle aansluitingen op een goede vacuüm afdichting te garanderen.
- Open alle kleppen en kranen op het spruitstuk, behalve Valve 6 en Driewegkraan 1 (figuur 4), en zet de vacuümpomp om het spruitstuk te evacueren. Zodra een stabiele vacuüm lezing van <1 mm Hg is bereikt, sluit het ventiel 1 en laat het spruitstuk te zitten voor ~ 15 min om te controleren op vacuümlekken. Als niets wordt gevonden, ga dan naar stap 2.8. Anders oplossen van de diverse aansluitingen totdat de lekken kunnen worden geïdentificeerd en opgelost.
- Eenpply magnetisch roeren aan het reactievat. Open klep 1 en Plugkraan 1 (figuur 4) aan de kopruimte van de 3 L reactievat geëvacueerd totdat de druk bereikt <1 mmHg.
- Sluit klep 1 (figuur 4) en bewaken van de druk in de 3 L reactiekolf. De gemeten druk moet verhogen om de dampdruk van water. Opdat geen lekken aanwezig, wacht ~ 5 minuten in deze fase. Als de druk (zoals te lezen op de manometer) verhoogt terwijl Valve 1 tijdens deze stap is gesloten, te controleren op lekkage in Stopcock 1 en de verschillende reactiekolf verbindingen. Als er geen lek is gevonden, gaat u verder met de volgende stap.
3. Introductie van gasvormige NH3
- Bereken de noodzakelijke druk gasvormig NH3 om in het verdeelstuk, zodat 200 mmHg NH3 wordt ingebracht in de reactiekolf. Details over hoe dit te doen vindt u in de sectie discussie.
- Sluiten Valves1 en 6, en Driewegkraan 1 (figuur 4) vóór de invoering van elk gas in het spruitstuk. Laat de andere kranen en kraan geopend.
- Breng NH3 in het verdeelstuk tot een kleine druk (ca. 10 mmHg) wordt bereikt en het verdeelstuk evacueren tot een druk van <1 mmHg door kraan 1 (figuur 4). Herhaal 3x.
- Introduceren NH3 in het spruitstuk om de druk bepaald in stap 3.1 te bereiken.
- Open Plugkraan 1 (figuur 4) tot 200 mmHg NH3 introduceren in de 3 L reactiekolf. De NH3 oplossen in het water in de reactiekolf en de druk langzaam dalen.
- Zodra de druk daalt stopt, sluit Plugkraan 1 (figuur 4) en noteer de druk gelezen door de manometer. Deze waarde geeft de druk in de kolf en wordt gebruikt om de druk van andere gassen die later in het spruitstuk worden ingevoerd te berekenen.
- Sluit Klep 2 (figuur 4) en ontkoppel de NH 3 gasfles van het spruitstuk.
4. Introductie van CH 4
- Bereken de noodzakelijke druk CH4 worden ingebracht in het verdeelstuk, zodat 200 mmHg CH 4 worden ingebracht in de 3 L reactiekolf. Voorbeeld berekeningen worden in het gedeelte discussie.
- Sluit de CH 4 gasfles aan het spruitstuk.
- Open alle kleppen en kranen, behalve klep 6 en Plugkraan 1 (figuur 4), en het verdeelstuk evacueren tot een druk van <1 mmHg.
- Afsluiten klep 1 nadat het verdeelstuk is geëvacueerd (figuur 4).
- Introduceer CH 4 in het spruitstuk tot een kleine druk (ongeveer 10 mmHg) wordt verkregen. Dit zuivert de lijn van elke contaminant gassen frOM voorgaande stappen. Open klep 1 (figuur 4) aan het verdeelstuk evacueren tot <1 mmHg. Herhaal 2x meer.
- Breng CH4 in het spruitstuk tot de druk berekend in stap 4.1 wordt bereikt.
- Open Plugkraan 1 (figuur 4) tot 200 mmHg CH4 te introduceren in de 3 L reactiekolf.
- Afsluiten Plugkraan 1 zodra de beoogde druk van CH 4 is geïntroduceerd in de 3 L reactiekolf (figuur 4) en noteer de druk gemeten door de manometer.
- Open klep 1 (figuur 4) aan het verdeelstuk evacueren tot <1 mmHg.
- Sluit Klep 2 (figuur 4) en koppel de CH 4 cilinder uit het spruitstuk.
5. Introductie van andere gassen (bijv. N 2)
- Op dit punt, is het niet nodig om extra gassen voeren. Indien gewenst, is het raadzaam 100 mmHg N2 voegen. In dit geval berekent de noodzakelijke druk N2 te worden ingebracht in het verdeelstuk, zodat 100 mmHg N2 wordt ingevoerd in de 3 L reactiekolf. Voorbeeld berekeningen worden in het gedeelte discussie.
- Sluit de N 2 gasfles aan het spruitstuk.
- Open alle kleppen en kranen, behalve klep 6 en Plugkraan 1 (figuur 4), en het verdeelstuk evacueren tot een druk van <1 mmHg.
- Afsluiten klep 1 nadat het verdeelstuk is geëvacueerd (figuur 4).
- Introduceer N 2 in het spruitstuk tot een kleine druk (ongeveer 10 mmHg) wordt verkregen. Open klep 1 (figuur 4) aan het verdeelstuk evacueren tot <1 mmHg. Herhaal 2x meer.
- Breng N2 in het spruitstuk tot de druk berekend in stap 5.1 wordt bereikt.
- Open Plugkraan 1 (figuur 4) tot 100 mmHg N2 introduceren in de reactiekolf.
- Afsluiten Plugkraan 1 zodra de beoogde druk van N2 is geïntroduceerd in de reactiekolf werd (figuur 4) en noteer de druk met de manometer.
- Open klep 1 (figuur 4) aan het verdeelstuk evacueren tot <1 mmHg.
- Sluit Klep 2 (figuur 4) en koppel de N 2 cilinder uit het spruitstuk.
6. Gaat het Experiment
- Maak de reactiekolf van het verdeelstuk door het sluiten Plugkraan 1 en klep 1 (figuur 4) eenmaal alle gassen geïntroduceerd in de reactiekolf, zodat omgevingslucht het spruitstuk kan betreden en breng het verdeelstuk tot omgevingsdruk.
- Nadat de reactie kolf voorzichtig de stekker uit het spruitstuk, stelt de kolf ergens zal het niet worden verstoord (bijvoorbeeld in een lege zuurkast).
- Koppel de vacuümpomp en verwijder voorzichtig de koude val en laat ontluchten in een volledigoperationele zuurkast.
- Zet de Tesla spoel is aangesloten op de hoge frequentie vonk generator.
- Sluit de tegengestelde wolfraam elektrode een elektrische aarde de efficiënte doorgang van elektrische stroom over de spleet tussen de twee elektroden mogelijk.
- Stel de uitgangsspanning van de vonk generator om ongeveer 30.000 V, zoals beschreven in documenten bij de fabrikant.
- Voorafgaand aan de start van de vonk, sluit de zuurkast sjerp, om te dienen als een veiligheids schild tussen de apparatuur en de experimentator. Draai de Tesla spoel om het experiment te starten, en laat vonken te blijven voor 2 weken (of andere gewenste periode) in 1 uur aan / uit-cycli.
7. Einde Experiment
- Stoppen met het experiment door het uitschakelen van de Tesla spoel.
- Open Driewegkraan 1 (figuur 4) langzaam introduceren omgevingslucht in de reactie kolf en het verwijderen van de adapter en de wolframelektroden vergemakkelijken zo samples kunnen worden verzameld. Indien gewenst, kan een vacuüm worden gebruikt om de reactiekolf van schadelijke reactiegassen evacueren.
8. Het verzamelen van vloeibaar monster
- Met een gepyrolyseerd glazen pipet, verwijder vloeistofmonsters uit de reactiekolf werd voorzichtig blootstelling aan verontreinigingen, zoals die door op de pipet om het vacuüm vet of andere steriele oppervlakken wordt binnengebracht minimaliseren.
- Breng het monster op een steriele plastic of glazen houder. Kunststof houders zijn minder gevoelig voor scheuren of breken na bevriezing, tegenover glazen recipiënten.
- Seal monster containers en op te slaan in een vriezer kunnen bereiken temperaturen van -20 ° C of lager, als onoplosbare producten kunnen voorkomen dat het monster oplossing bevriest bij 0 ° C.
9. Reinigen van de Apparatuur
- Gebruik schone laboratorium doekjes om voorzichtig te verwijderen vacuüm vet van de hals van het apparaat, het aanpassenER en kranen, en het glas rondom de wolfram elektroden.
- Grondig reinigen van de zelfde oppervlakken in stap 9.1 met tolueen beschreven om volledig te verwijderen organische vacuüm vet van het glaswerk. Bij gebruik van siliconenvet, kan de hoog vacuüm vet op het glaswerk achterblijven na pyrolyse, het creëren van toekomstige problemen, zoals omschreven in de paragraaf discussie.
- De reactie kolf grondig te reinigen met een borstel en de volgende oplosmiddelen in volgorde: ultrapuur water (18.2 MQ cm, <5 ppb TOC), ultrapuur water (18.2 MQ cm, <5 ppb TOC) met 5% schoonmaakmiddel, methanol, tolueen, methanol, ultrapuur water (18.2 MQ cm, <5 ppb TOC) met 5% schoonmaakmiddel, en uiteindelijk ultrapuur water (18.2 MQ cm, <5 ppb TOC).
- Bedek alle geopende openingen van de reactie kolf in aluminiumfolie en wikkel de adapter en de onderdelen in aluminiumfolie.
- Zodra alle glaswerk werd in aluminiumfolie gewikkeld, pyrolyseren minstens 3 uur inlucht bij 500 ° C.
- Voorzichtig schoon elektroden met methanol en laat drogen aan de lucht.
10. Sample Analysis
Opmerking: Bij de voorbereiding van monsters voor analyse, is het gebruik van een zure hydrolyse protocol zoals beschreven elders in detail 15, is nuttig voor het verkrijgen van meer aminozuren. Hydrolyse van een gedeelte van de teruggewonnen monster biedt de mogelijkheid om zowel vrije aminozuren en hun zuur-labiele precursors die worden gesynthetiseerd onder abiotische omstandigheden geanalyseerd.
- Voor aminozuur analyse, gebruik dan een geschikte techniek (zoals vloeistofchromatografie en massaspectrometrie-gebaseerde methoden, of andere geschikte methoden). Dergelijke analytische technieken omvatten hoge prestatie vloeistofchromatografie met fluorescentie detectie (HPLC-FD) 14 en ultrahoge druk vloeistofchromatografie met fluorescentiedetectie parallel met time-of-flight positieve elektrospray ionisatie massaspectrometrie (UHPLC-FD/ToF-MS) 12,13. Dit manuscript beschrijft de analyse met behulp van massaspectrometrische analyses via een triple quadrupool massaspectrometer (QqQ-MS) in combinatie met HPLC-FD.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De producten gesynthetiseerd in elektrische ontlading experimenten kan heel complex en er zijn talrijke analytische benaderingen die kunnen worden gebruikt om ze te bestuderen. Enkele algemeen gebruikte technieken in de literatuur voor de analyse aminozuren worden hier besproken. Chromatografische en massaspectrometrische methoden zijn zeer informatieve technieken voor het analyseren van de complexe chemische mengsels geproduceerd door het type Miller-Urey vonk ontlading experimenten. Aminozuur analyse kan worden uitgevoerd met o -phthaldialdehyde/N-acetyl-L-cysteine (OPA / NAC) 16, een chiraal reagens paar dat primaire aminogroepen labels, waarbij fluorescerende diastereomeer derivaten die kunnen worden gescheiden op een chirale stationaire fase. Figure 2 toont een chromatogram van een OPA / NAC-gederivatiseerd aminozuur norm verkregen door HPLC gekoppeld aan detectie en QqQ-MS fluorescentie. De aminozuren die in de standaard omvatten die meestal geproduceerd in Miller-Urey soort vonk disrekenen experimenten. De identiteit van deze aminozuren zijn vermeld in tabel 1. Representatieve fluorescentie sporen van een typisch monster en blanco analyse worden getoond in Figuur 3, waaruit de moleculaire complexiteit type Miller-Urey elektrische ontlading monsters. Het monster chromatogram in Figuur 3 is vervaardigd uit een vonkontlading experiment met de volgende startvoorwaarden: 300 mmHg CH4, 250 mmHg NH3 en 250 ml water.
Figuur 2. De 3-21 min gebied van de HPLC-FD/QqQ-MS chromatogrammen uit de analyse van een OPA / NAC-gederivatiseerd aminozuur standaard. Aminozuur piek identiteiten zijn vermeld in tabel 1. De fluorescentie spoor wordt weergegeven aan de onderkant en de bijbehorende geëxtraheerd mass chromatogrammen zijn hierboven weergegeven. De elektrosprayionisatie (ESI) QqQ-MS werd gebruikt in positieve modus en bewaakt een massabereik van 50-500 m / z. De ESI instellingen waren: desolvation gas (N 2) temperatuur: 350 ° C, 650 L / uur; capillair voltage: 3,8 kV; kegel spanning: 30 V. De ongelabelde pieken in de 367 gehaald ionenchromatogram zijn de 13 C 2 pieken van de 365 gehaald ionenchromatogram, als gevolg van de ongeveer 1% natuurlijke overvloed van 13 C. Klik hier voor grotere afbeelding .
| Piek | Amino Acid |
| 1 | D-asparaginezuur |
| 2 | L-asparaginezuur |
| 3 | L-glutaminezuur |
| 4 | D-glutaminezuur |
| 5 | D-serine |
| 6 | L-serine |
| 7 | Glycine |
| 8 | b-Alanine |
| 9 | D-alanine |
| 10 | G-amino-n-boterzuur (G-ABA) |
| 11 | L-alanine |
| Db-amino-n-boterzuur (Db-ABA) | |
| 13 | a-aminoisoboterzuur (a-AIB) |
| 14 | Lb-amino-n-boterzuur (Lb-ABA) |
| 15 | D / La-amino-n-boterzuur (D / La-ABA) |
| 16 | D-isovaline |
| 17 | L-isovaline |
| 18 | L-valine |
| 19 | e-amino-n-capronzuur (EACA) |
| 20 | D-valine |
| D-isoleucine | |
| 22 | L-isoleucine |
| 23 | D / L-leucine |
Tabel 1. Peak identiteiten voor aminozuren aangetroffen in de standaard en die worden meestal geproduceerd bij type Miller-Urey vonk ontlading experimenten.
Figuur 3. De 3-21 min regio van de HPLC-FD chromatogrammen vertegenwoordiger van het type Miller-Urey vonk ontlading experimenten. Pieken werden geïdentificeerd en gekwantificeerd door retentietijd en massa-analyse van moleculen in vergelijking met een standaard en analytische leeg. Alle doelgroepen ana Lytes met coeluting fluorescentie retentietijden worden gescheiden en gekwantificeerd met massaspectrometrie, behalve α-AIB en L-β-ABA (pieken 13 en 14), en D / L-norleucine, die coelutes met D / L-leucine (piek 23), onder de chromatografische omstandigheden gebruikt. D / L-norleucine werd toegevoegd als interne standaard monsters en analytische blanks tijdens de voorbehandeling. Aminozuur scheiding werd bereikt door een 4,6 mm x 250 mm, 5 urn deeltjesgrootte Fenyl-Hexyl HPLC-kolom. De mobiele fase bestond uit: A) ultrazuiver water (18.2 MQ cm, <5 ppb TOC), B) methanol, en C) 50 mM ammoniumformiaat met 8% methanol, op pH 8. De gebruikte gradiënt was: 0-5 min., 100% C, 5-15 min, 0-83% A, 0-12% B, 100-5% C, 15-22 min., 83-75% A, 12 - 20% B, 5% C, 22-35 min., 75-35% A, 20-60% B, 5% C, 35-37 min., 35-0% A, 60-100% B, 5-0% C, 37-45 min, 100% B, 45-46 min, 100,0% B, C 0-100% 46-55 min, 100% C. De stroomsnelheid was 1 ml / min.hres.jpg "target =" _blank "> Klik hier voor grotere afbeelding.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Talrijke stappen in het protocol hier beschreven zijn van cruciaal belang voor het uitvoeren van Miller-Urey soort experimenten veilig en correct. Eerst worden alle glaswerk en monsterbehandeling gereedschappen die in contact met de reactiekolf of monster komen moeten worden gesteriliseerd. Sterilisatie wordt bereikt door te spoelen de betrokken producten met ultrazuiver water (18.2 MQ cm, <5 ppb TOC) en omwikkelen in aluminiumfolie, voordat pyrolyse bij 500 ° C in lucht gedurende ten minste 3 uur. Zodra de apparatuur is pyrolyzed en tijdens de voorbereiding van monsters voor analyse, moeten maatregelen genomen worden om organische vervuiling te voorkomen. Het risico van besmetting kan geminimaliseerd worden door het dragen van nitril handschoenen, een laboratoriumjas en een veiligheidsbril. Zorg ervoor om te werken met monsters uit de buurt van het lichaam als gemeenschappelijke bronnen van verontreiniging omvatten vingerafdrukken, huid, haar, en uitgeademde lucht. Contact met natte handschoenen te vermijden en geen latex of nylon materiaal niet te gebruiken. Ten tweede, grondige ontgassing van thij reactiekolf voor bijmenging in de reactiekolf kritisch. De aanwezigheid van zelfs kleine hoeveelheden moleculaire zuurstof in de reactiekolf explosiegevaar oplevert wanneer de vonk in ontvlambare gassen zoals CH4 wordt afgevoerd. Terwijl ontgassen van de kolf wordt het water in de kolf koken, die een stabiele uitlezing voorkomt. In dit stadium zijn er twee opties: 1) ontgast de kolf via vries-dooi cycli (meestal 3 worden gebruikt), of 2) eenvoudig ontgas de vloeibare oplossing. In het laatste geval zal wat water verloren zal echter de hoeveelheid betrekkelijk gering in vergelijking met het resterende volume. Ten derde moet een goed uitgerust en efficiënte opstelling zorgvuldig worden gebouwd om een consistente vonk te vestigen over de elektroden gedurende het geheel van het experiment. BD-50E Tesla coils zijn niet ontworpen voor langdurig gebruik, als zij bestemd zijn voor vacuüm lekdetectie. Intermitterende koeling van de Tesla spoel wordt dus aangeraden voor langere operationele levensduur. There zijn meerdere manieren om dit te bereiken. Een eenvoudige manier is om een timer bevestigen in lijn tussen de vonk tester en de stroomvoorziening en programmeer de timer zodat het wisselt in 1 uur aan / uit-cycli. Koelen de Tesla spoel met een commercieel ventilator kan ook nodig zijn om de levensduur van de Tesla spoel verlengen. De Tesla spoel tip moet aanraken of bijna aanraken een van de wolfraam elektroden zijn, een afstand tussen de twee van ongeveer 1 mm of minder. Bovendien kan een intense ontlading worden bereikt met een lengte van geleidende metalen draad met een lus in een einde lichtjes gedrapeerd over de elektrode tegenover degene aanraken van de Tesla spoel om te voorkomen dat het breken van de afdichting om de inhoud. Het wordt ook aanbevolen om een tweede vonk generator in geval de primaire vonk generator niet te wijten aan langdurig gebruik hebben.
Er zijn veel aanvullende aantekeningen moeite waard om in het achterhoofd bij het uitvoeren van verschillende stappen in het protocol hier geschetst. Bij de voorbereiding van het verdeelsysteem voor eenn experimenteren en met een kwikmanometer, wordt algemeen erkend dat een nauwkeurigheid van 1 mmHg is het best haalbare, door de resolutie van het menselijk oog. Sommige gassen geleidbaarheid problemen met resistentie gebaseerde meters presenteren. Kwik manometers aanwezig mogelijke besmettingsrisico gevaren, die moeten worden voorbereid op voorhand.
Terwijl het monteren van de 3 L reaktiekolf, kan het gebruik van siliconen vacuüm vet mogelijke organische vervuiling te beperken, maar zorg moeten worden genomen om dit grondig tussen de runs te verwijderen. Doet u dit niet zal resulteren in de accumulatie van siliciumoxideafzettingen tijdens hoge temperatuur pyrolyse, die kunnen interfereren met vacuümafdichtingen. Bovendien, de wolfraam elektroden zijn commercieel verkrijgbaar als 2% gethorieerde wolfraam en altijd te temperen in halve ronde geslepen glas fittingen. Heeft het met glas gemonteerd wolframelektroden niet pyrolyseren in een oven. De thermische uitzettingscoëfficiënten van wolfraam en glas zijn verschillend en verwarmng boven 100 ° C kan de afdichting verzwakken rond het glas uitgegloeid elektroden en lekken introduceren aan het systeem. Ook kan ultrapuur water in de 3 L reaktiekolf worden geïntroduceerd door het gieten, het gebruik van zorg aan contact met een vet op de poort die wordt gebruikt te voorkomen, of door pipetteren, met behulp van een prepyrolyzed glazen pipet. De waterige fase in de reactiekolf kan worden gebufferd, indien gewenst. Bijvoorbeeld, Miller en collega 9 gebufferde oplossing tot pH 8,7 met NH3 / NH4 Cl buffer. Hiertoe wordt de waterfase gemaakt in 0,05 M NH4Cl vóór de invoering ervan in de reactiekolf. NH4 Cl 99,5% zuiverheid of meer, worden gebruikt. De rest van de NH3 wordt dan aan de reactiekolf als een gas toegevoegd.
Ter voorbereiding op het inbrengen van gas in de 3 L reaktiekolf, kan de kolf worden bevestigd op het spruitstuk door het plaatsen van de kolf op een kurk ring, bezet bovenop een lab jack en voorzichtig verhogen van de kolfopstelling tot eennauwsluitende verbinding ontstaat. Bij het controleren op lekken, is het vermeldenswaard dat mogelijke bronnen van lekkage zijn: een slechte afdichtingen op de knooppunten van de halfronde slijpstukken, die de wolfraam elektroden hechten aan de reactie kolf, en de kraan van de adapter aangesloten op de hals van de 3 L reactiekolf. Als er lekkage uit deze bronnen worden ontdekt, zorgvuldig de 3 L reactiekolf verwijderen uit het spruitstuk, veeg deze gebieden met schone laboratorium weefsel, opnieuw toepassen van een verse laag vacuüm vet en sluit de kolf met het spruitstuk om te zoeken naar lekkages. Als er geen lekken zijn gevonden, gaat u verder met gassen te introduceren in de reactie kolf.
Terwijl de invoering van gassen in het apparaat, moet gasflessen stevig worden bevestigd aan een steun. Zorg moeten worden genomen om gassen te langzaam introduceren. Afsluiters op gasflessen moet langzaam en voorzichtig worden geopend terwijl het toezicht op de manometer om te voorkomen dat over-druk het glaswerk en hulpstukken. Het is belangrijk om tha merkent terwijl het toevoegen van NH3 in de reactiekolf, omdat NH3 is aanzienlijk oplosbaar in water onder de pKa van NH 4 + (~ 9,2), nagenoeg alle NH3 gas ingebracht in het spruitstuk oplossen in de waterfase, waardoor de einddruk in de kolf en spruitstuk als de dampdruk van water bij de omgevingstemperatuur. Zodra deze druk is bereikt, kan men aannemen dat de overdracht is voltooid. De volgende zijn voorbeelden van de berekening die moet worden uitgevoerd om nauwkeurig gassen introduceren in de reactiekolf op de gewenste druk:
Introductie van gasvormige NH3
Door de oplosbaarheid van NH3, vrijwel al zal overbrengen van het verdeelstuk naar de reactiekolf en oplossen in de waterige fase zolang NH3 in het spruitstuk op een hogere druk dan de dampdruk van water bij de reactiekolf. Daarom moet de omgevingstemperatuur genoteerd en de dampdruk van water bij deze temperatuur moet vóór invoering NH3 in het spruitstuk worden verwezen. De beoogde druk NH3 te worden ingebracht in de reactiekolf moet gelijk zijn aan de beoogde druk NH3 in de 3 L reactiekolf, plus de dampdruk van water in reactiekolf zijn bij de geregistreerde omgevingstemperatuur. Bijvoorbeeld, bij 25 ° C, de dampdruk van water is ongeveer 24 mmHg. Dus om 200 mmHg NH3 introduceren in de reactiekolf, belasting ongeveer 225 mmHg NH3 in het verdeelstuk voor het overbrengen NH3 uit het verdeelstuk en in de reactiekolf. Dit zal resulteren in ongeveer 200 mmHg NH3 wordt ingebracht in de reactiekolf.
Introductie van CH 4
Na NH3 toevoeging en zijn ontbinding in the waterige fase wordt de druk in de kopruimte van de reactiekolf gelijk aan de dampdruk van water bij 25 ° C ongeveer 24 mm Hg. Deze waarde wordt gebruikt in samenhang met het voorbeeld verdeelstuk getoond in figuur 4, het uitvoeren van een berekening hoeveel CH 4 om in het verdeelstuk, zodat 200 mmHg CH 4 worden ingebracht in de reactiekolf:
P 1 = gewenste totale het gehele systeem, inclusief de reactiekolf druk
V 1 = totaal volume van het gehele systeem, inclusief de reactiekolf
P 2 = druk van CH 4 moest spruitstuk volume voorafgaand aan het inbrengen vullen in reaktiekolf
V2 = volume van spruitstuk gebruikt voor het inbrengen van gas
P3 = druk reeds de kopruimte van de reactiekolf
3 V = volume van de reactiekolf
V1 = 3000 ml + 100 ml + 300 ml + 40 ml + 20 ml + 3000 ml + 40 ml + 500 ml = 7000 ml
P 2 = druk van CH 4 berekend
V 2 = 100 ml + 300 ml + 40 + 20 + 3000 ml + 40 ml + 500 ml = 4000 ml
P3 = 24 mmHg H2O
V 3 = 3000 ml
Introductie N2
Na invoering van CH4, is de kopruimte van de reactiekolf bezet door 200 mmHg CH4 en 24 mmHg H2O in totaal 224 mmHg. Deze waarde wordt gebruikt, samen met de afmetingen van het verdeelstuk voorbeeld getoond in figuur 4, berekenen thij N2 druk die moet worden ingebracht in het spruitstuk zodat 100 mmHg N2 wordt ingebracht in de reactiekolf:
P 1 = gewenste totale het gehele systeem, inclusief de reactiekolf druk
V 1 = totaal volume van het gehele systeem, inclusief de reactiekolf
P 2 = druk van N 2 nodig om spruitstuk volume voorafgaand aan het inbrengen vullen in reaktiekolf
V2 = volume van spruitstuk gebruikt voor het inbrengen van gas
P3 = druk reeds de kopruimte van de reactiekolf
3 V = volume van de reactiekolf
P 1 = 24 mmHg H 2 O + 200 mmHg CH4 + 100 mmHg N2 = 324 mmHg
V1 = 3000 ml + 100 ml> + 300 ml + 40 ml + 20 ml + 3000 ml + 40 ml + 500 ml = 7000 ml
2 = druk van N 2 wordt berekend
V2 = 100 ml + 300 ml + 40 ml + 20 ml + 3000 ml + 40 ml + 500 ml = 4000 ml
P3 = 200 mmHg CH4 + 24 mmHg H 2 O = 224 mmHg
V 3 = 3000 ml
Figuur 4. . Spruitstuk / vacuümsysteem gebruikt om gassen te introduceren in de 3 L reaktiekolf ventielen die gasstroom worden aangeduid als V 1 - V 8, terwijl kranen controlerende gasstroom worden aangeduid als S 1 en S 2. Het is vermeldenswaard dat, terwijl kleppen 1, 2, en 6, en Stopcock 1 worden aangeduid explicitly in het protocol, de andere kleppen en kraan in het hier getoonde spruitstuk zijn nuttig voor het toevoegen of verwijderen volume (bijvoorbeeld met kolven) of naar het verdeelstuk. Bijvoorbeeld, bij de invoering van gassen in het spruitstuk bij relatief hoge druk (ongeveer 500 mm Hg of hoger), is het raadzaam dat de experimentator maakt gebruik van alle purge kolven bevestigd aan het spruitstuk naar de toegankelijke volume van het spruitstuk verhogen en het risico te minimaliseren van over-druk het spruitstuk.
Na het starten van het experiment, moet het systeem regelmatig gecontroleerd te zorgen voor de proef goed functioneert. Dingen om te controleren zijn: 1) de vonk generator produceert een vonk, en 2) de vonk wordt over de wolfraam elektroden opgewekt in een continue wijze. Als de bovenstaande voorwaarden niet wordt voldaan, koppelt u de Tesla spoel van de stroomvoorziening en te vervangen door de back-up Tesla spoel. Ondertussen kan reparaties aan de storing Tesla spoel worden gemaakt.Vaak kan het contact platen in de vonk generator behuizing gecorrodeerde geworden van langdurig gebruik en moet worden gepolijst, of vervangen.
Na voltooiing van het experiment, kunnen de gassen in het hoofd-ruimte worden irriterend voor de luchtwegen. Schadelijke gassen zoals waterstofcyanide 4 kan worden geproduceerd door het experiment. Als de onderzoeker niet verzamelt gas analysemateriaal, kan het nuttig zijn om de inrichting te verbinden met een waterstraalpomp vluchtige stoffen gedurende ongeveer een uur evacueren na afloop van het experiment, terwijl de inrichting blijft in de zuurkast voor het verzamelen van vloeistofmonsters . Om veiligheidsredenen is het raadzaam dat de inrichting wordt geventileerd in een volledig operationeel zuurkast. Monstername moet worden uitgevoerd in een operationele zuurkast en behandelen van het monster in een positieve-druk HEPA gefilterde flowbench wordt aanbevolen.
Onder de talrijke soorten producten gevormd door vonk ontlading exexperimenten, aminozuren van belang zijn. Aminozuren worden gemakkelijk gesynthetiseerd via de Strecker-synthese 17. Het Strecker synthese van aminozuren omvat de reactie van aldehyden of ketonen en HCN ontstaan door de werking van de elektrische ontlading op de gassen in de reactiekamer inrichting die na oplossen in de waterige fase, kan reageren met ammoniak α-aminonitrillen die ondergaan vormen hydrolyse aminozuren verkregen. Dit is natuurlijk slechts een mechanisme van synthese, enz. eveneens werkzaam, zoals directe aminering van precursoren zoals acrylonitril β-alanine voorlopers geven of directe hydrolyse hoger molecuulgewicht Tholin-materiaal aminozuren direct te geven , door-het passeren van de Strecker mechanisme.
Aminozuur verontreiniging van de door Miller-Urey experimenten monsters kunnen optreden als de eerder genoemde voorzorgsmaatregelen niet expliciet worden gevolgd. Tijdens monsteranalyse, is het belangrijk zoekoplossingh op tekenen van aardse besmetting die mogelijk afkomstig zijn van behandelen van het monster of monster opslag. Het gebruik van OPA / NAC 16 in samenhang met LC-FD technieken maakt de chromatografische scheiding van D-en L-enantiomeren van aminozuren met chirale centra en hun individuele kwantificering. Chirale aminozuren gesynthetiseerd door het experiment racemisch zijn. Aanvaardbare experimentele fout tijdens de synthese van aminozuren met chirale centra wordt algemeen beschouwd ongeveer 10% te zijn. Daarom chiraal aminozuur D / L verhoudingen wijzen op verrijking in een enantiomeer met meer dan 10% is een goed metric waarmee te bepalen of het monster verontreinigd is.
De hier gepresenteerde methoden zijn bedoeld om te instrueren hoe een soort Miller-Urey vonkontlading experiment, maar er zijn beperkingen aan de hier beschreven techniek die opgemerkt. Ten eerste, het verwarmen van de interne 3 L reactiekolf (Figuur 1B), Zal leiden tot condensatie van waterdamp op de uiteinden van de elektroden, de demping van de vonk, en vermindering van de productie van radicalen die veel van de chemie die plaatsvinden in het experiment rijden. Bovendien is het gebruik van een verwarmingsmantel om de inrichting te verwarmen niet noodzakelijk organische verbindingen zoals aminozuren te synthetiseren. Dit verschilt van eerste experiment Miller waar hij een meer complexe, klantspecifieke, dubbele kolf inrichting (figuur 1A) 5 en verwarmde de kleine kolf onder aan het apparaat, waarbij water in het had (Figuur 1A). Verwarmen van de inrichting geholpen circulatie van de uitgangsmaterialen en gericht verdamping nabootsen vroeg aardsysteem. Ten tweede, hier het protocol beschreven beveelt 1 uur aan / uit cyclus bij gebruik van de Tesla spoel, die effectief verdubbelt de tijd een experiment beslag neemt, in vergelijking met de experimenten van Miller, hij continu wordt ontladen eleCTricity in het systeem 4. Derde plaats vonk generatoren zijn bedoeld voor langdurig gebruik, zij zijn gevoelig voor storingen bij langdurig gebruik en moeten regelmatig worden onderhouden en soms vervangen door een reserve-eenheid, als de primaire vonkontstekingseenheid niet tijdens een experiment. Slotte de hier beschreven protocol omvat het gebruik van glazen afsluiters, die hoog vacuüm vet passende afdichtingen maken vereisen. Desgewenst kan polytetrafluorethyleen (PTFE) afsluiters worden gebruikt om vacuüm vet voorkomen. Echter, als de behandeling van deze kranen voor potentiële lekken met een vonk lekdetector, wees voorzichtig met de PTFE niet bloot aan de vonk, omdat dit de integriteit van de PTFE kan beschadigen en leiden tot slechte verbindingen worden gemaakt door deze kranen.
De betekenis van de werkwijze hier verstrekt over bestaande technieken, binnen haar eenvoud. Het maakt gebruik van een in de handel verkrijgbaar 3 L kolf, die ook aanzienlijk minder kwetsbaar en beter cleeen tussen experimenten dan het oorspronkelijke ontwerp gebruikt door Miller 5. Omdat de inrichting is minder omslachtig, is klein genoeg om een experiment uit te voeren in een zuurkast.
Als de techniek geschetste wordt beheerst, kan worden gemodificeerd op verschillende manieren te simuleren talrijke soorten primitieve terrestrische milieus. Bijvoorbeeld, kan meer geoxideerde gasmengsels worden gebruikt 14,18,19. Bovendien, met modificaties van de inrichting, de energiebron kan worden veranderd, bijvoorbeeld door een stille ontlading 4, ultraviolet licht 20, simuleren vulkanische systemen 4,12,21, imiteren radioactiviteit korst 22 Aarde en nabootsing energie die door schokgolven van meteorieten effecten 23, en ook kosmische straling 18,19.
De klassieke Miller-Urey experiment toonde dat aminozuren belangrijke bouwstenen van biologische eiwitten kan worden synthesized met behulp van eenvoudige uitgangsmaterialen onder gesimuleerde prebiotische aardse omstandigheden. De excitatie van gasvormige moleculen door elektrische ontlading leidt tot de productie van organische verbindingen, zoals aminozuren, onder dergelijke omstandigheden. Terwijl aminozuren zijn belangrijk voor hedendaagse biologie, de Miller-Urey experiment levert slechts een mogelijk mechanisme voor de abiotische synthese, en niet de oorsprong van het leven verklaren, zoals de processen die leiden tot levende organismen waren waarschijnlijk complexer dan de vorming van eenvoudige organische moleculen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren geen concurrerende financiële belangen.
Acknowledgments
Dit werk werd gezamenlijk ondersteund door de NSF en NASA Astrobiologie Program, onder de NSF Center for Chemical Evolution, CHE-1004570, en het Goddard Center for Astrobiologie. ETP wil graag verstrekt door de NASA Planetary Biology Internship Program aanvullende financiering te erkennen. De auteurs willen ook Dr Asiri Galhena bedanken voor onschatbare hulp bij het opzetten van de eerste laboratoriumfaciliteiten.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Glass Plugs for Manifold | Chemglass | CG-983-01 | |
| High Vacuum Grease | Apiezon | N/A | Type M/N |
| Silicon High Vacuum Grease | Dow Corning | 1597418 | |
| Teflon PFA Tubing | McMaster-Carr | 51805K54 | |
| Ultra-Torr Vacuum Fittings | Swagelok | SS-4-UT-6 | |
| Dry Scroll Vacuum Pump | Edwards | A72401905 | |
| U-Tube Manometer | Alta-Robbins | 100SS | |
| 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 | |
| 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 hr Plug-in Basic Timer | General Electric Company | 15119 | |
| Cleaning Detergent | Alconox | 1104 | |
| 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 |
References
- Oparin, A. I. The Origin of Life. , Izd. Moskovshii Rabochii. (1924).
- Haldane, J. B. The origin of life. Rationalist Annu. 148, 3-10 (1929).
- Garrison, W. M., Morrison, D. C., Hamilton, J. G., Benson, A. A., Calvin, M. Reduction of Carbon Dioxide in Aqueous Solutions by Ionizing Radiation. Science. 114, 416-418 (1951).
- Miller, S. L. Production of Some Organic Compounds under Possible Primitive Earth Conditions. J. Am. Chem. Soc. 77, 2351-2361 (1955).
- Miller, S. L. A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions. Science. 117, 528-529 (1953).
- Heyns, H. K., Walter, W., Meyer, E. Model experiments on the formation of organic compounds in the atmosphere of simple gases by electrical discharges (Translated from German). Die Naturwissenschaften. 44, 385-389 (1957).
- Ponnamperuma, C., Woeller, F. α-Aminonitriles formed by an electric discharge through a mixture of anhydrous methane and ammonia. Biosystems. 1, 156-158 (1967).
- Oró, J. Synthesis of Organic Compounds by Electric Discharges. Nature. 197, 862-867 (1963).
- Ring, D., Wolman, Y., Friedmann, N., Miller, S. L. Prebiotic Synthesis of Hydrophobic and Protein Amino Acids. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 69, 765-768 (1972).
- Wolman, Y., Haverland, W. J., Miller, S. L. Nonprotein Amino Acids from Spark Discharges and Their Comparison with the Murchison Meteorite Amino Acids. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 69, 809-811 (1972).
- Roscoe, S., Miller, S. L. Energy Yields for Hydrogen Cyanide and Formaldehyde Syntheses: The HCN and Amino Acid Concentrations in the Primitive Ocean. Orig. Life. 17, 261-273 (1987).
- Johnson, A. P., et al. The Miller Volcanic Spark Discharge Experiment. Science. 322, 404 (2008).
- Parker, E. T., et al. Primordial synthesis of amines and amino acids in a 1958 Miller H2S-rich spark discharge experiment. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 5526-5531 (2011).
- Cleaves, H. J., Chalmers, J. H., Lazcano, A., Miller, S. L., Bada, J. L. A reassessment of prebiotic organic synthesis in neutral planetary atmospheres. Orig. Life Evol. Biosph. 38, 105-115 (2008).
- Glavin, D. P., et al. Amino acid analyses of Antarctic CM2 meteorites using liquid chromatography-time of flight-mass spectrometry. Meteorit. Planet. Sci. 41, 889-902 (2006).
- Zhao, M., Bada, J. L. Determination of α-dialkylamino acids and their enantiomers in geologic samples by high-performance liquid chromatography after a derivatization with a chiral adduct of o-phthaldialdehyde. J. Chromatogr. A. 690, 55-63 (1995).
- Strecker, A. About the artificial formation of lactic acid and a new Glycocoll the homologous body Justus Liebigs Annalen der Chemie. 75, 27-45 (1850).
- Miyakawa, S., Yamanashi, H., Kobayashi, K., Cleaves, H. J., Miller, S. L. Prebiotic synthesis from CO atmospheres: implications for the origins of life. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99, 14628-14631 (2002).
- Kobayashi, K., Kaneko, T., Saito, T., Oshima, T. Amino Acid Formation in Gas Mixtures by Particle Irradiation. Orig. Life Evol. Biosph. 28, 155-165 (1998).
- Sagan, C., Khare, B. N. Long-Wavelength Ultraviolet Photoproduction of Amino Acids on the Primitive Earth. Science. 173, 417-420 (1971).
- Harada, K., Fox, S. W. Thermal Synthesis of Natural Amino-Acids from a Postulated Primitive Terrestrial Atmosphere. Nature. 201, 335-336 (1964).
- Ponnamperuma, C., Lemmon, R. M., Mariner, R., Calvin, M. Formation of Adenine by Electron Irradiation of Methane Ammonia, and Water. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 49, 737-740 (1963).
- Bar-Nun, A., Bar-Nun, N., Bauer, S. H., Sagan, C. Shock Synthesis of Amino Acids in Simulated Primitive Environments. Science. 168, 470-473 (1970).
