मिलर-Urey प्रयोगों का आयोजन
Summary
मिलर-Urey प्रयोग जीवन के मूल करने के लिए संभव प्रासंगिकता के साथ कार्बनिक यौगिकों की अजैव संश्लेषण के बारे में एक अग्रणी अध्ययन किया गया था. सरल गैसों एक गिलास तंत्र में पेश किया और मौलिक पृथ्वी के वायुमंडल सागर प्रणाली में बिजली के प्रभाव का अनुकरण, एक बिजली के निर्वहन के लिए किए गए थे. प्रयोग यह से एकत्र नमूनों जीवन का रासायनिक इमारत ब्लॉकों के लिए विश्लेषण किया गया, जिसके बाद एक सप्ताह के लिए आयोजित किया गया.
Abstract
1953 में, स्टेनली मिलर मौलिक पृथ्वी के वायुमंडल सागर प्रणाली अनुकरण करने के लिए निर्माण एक उपकरण का उपयोग, सरल गैसीय शुरू सामग्री से biomolecules के उत्पादन की सूचना दी. पानी एक साथ था, जबकि मिलर, तो एक सप्ताह के लिए एक बिजली के निर्वहन के लिए, भाटा के तहत, इस मिश्रण के अधीन, तंत्र में पानी की 200 मिलीलीटर, एच 2 की 100 एमएमएचजी, सीएच 4 की 200 एमएमएचजी, और एनएच 3 की 200 mmHg पेश गरम. इस पांडुलिपि का उद्देश्य एक सरल 3 एल प्रतिक्रिया कुप्पी का उपयोग कर, एक मिलर-Urey प्रकार चिंगारी निर्वहन प्रयोग आचरण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि एक सामान्य प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल के साथ पाठक प्रदान करना है. प्रयोग एक उच्च वोल्टेज बिजली के निर्वहन के लिए ज्वलनशील गैसों उजागर शामिल है, यह विस्फोट का खतरा कम है कि महत्वपूर्ण कदम पर प्रकाश डाला लायक है. इस काम में वर्णित सामान्य प्रक्रियाओं बिजली के निर्वहन प्रयोग की एक विस्तृत विविधता के लिए डिजाइन और संचालन करने के लिए extrapolated किया जा सकता हैआदिम ग्रहों के वातावरण का अनुकरण है.
Introduction
पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति की प्रकृति सबसे गूढ़ वैज्ञानिक सवालों में से एक है. 1920 के दशक में रूसी जीवविज्ञानी सिकंदर Oparin और ब्रिटिश विकासवादी जीवविज्ञानी और आनुवंशिकीविद् जॉन हाल्डेन रासायनिक विकास में मदद की है कि हो सकता है कार्बनिक यौगिकों से युक्त आदिम स्थलीय महासागरों का वर्णन एक "मौलिक सूप" 1,2 की अवधारणा का प्रस्ताव रखा. दवा की दुकानों प्रारंभिक पृथ्वी पर सरल शुरू सामग्री से संश्लेषित किया जा सकता था कि कैसे कार्बनिक अणुओं को समझने के उद्देश्य से जानबूझकर प्रयोगशाला अध्ययन का संचालन करने के लिए शुरू हालांकि, जब यह 1950 के दशक तक नहीं था. यह अंत करने के लिए पहले रिपोर्टों में से एक 1951 3 में जलीय सीओ 2 के समाधान के विकिरण से फार्मिक एसिड के संश्लेषण था.
1952 में शिकागो विश्वविद्यालय में फिर एक स्नातक छात्र स्टेनली मिलर, संभावना का मूल्यांकन करने के लिए एक प्रयोग करने के बारे में हेरोल्ड Urey से संपर्क किया है कि कार्बनिक यौगिकोंजीवन की उत्पत्ति के लिए महत्वपूर्ण प्रारंभिक पृथ्वी पर abiologically का गठन किया गया है हो सकता है. प्रयोग आदिम धरती अनुकरण करने के लिए बनाया गया एक कस्टम निर्मित कांच तंत्र (चित्रा 1 ए) का उपयोग किया गया था. मिलर के प्रयोग जल्दी महासागरों का प्रतिनिधित्व, एक तरल पानी जलाशय की उपस्थिति में, जल्दी वातावरण का प्रतिनिधित्व गैसों के मिश्रण पर एक बिजली के निर्वहन की कार्रवाई से बिजली का मजाक उड़ाया. तंत्र भी क्रमश: एक हीटिंग आच्छादन का उपयोग और एक कंडेनसर के माध्यम से वाष्पीकरण और वर्षा नकली. मिलर इस्तेमाल किया तंत्र के बारे में विशिष्ट जानकारी के अन्यत्र 4 पाया जा सकता है. स्पार्किंग के एक सप्ताह के बाद, फ्लास्क में सामग्री दिख तब्दील हो गया. पानी एक पंकिल, लाल रंग 5 और इलेक्ट्रोड 4 पर संचित पीले रंग सामग्री बदल गया. इस groundbreaking काम नकली आदिम धरती परिस्थितियों में biomolecules के पहले जानबूझकर, कुशल संश्लेषण माना जाता है. </p>
चित्रा 1. इस पत्र में चर्चा apparatuses के दो प्रकार के बीच तुलना. मूल मिलर-Urey प्रयोग (ए) और यहाँ (बी) उल्लिखित प्रोटोकॉल में प्रयोग किया जाता सरलीकृत तंत्र के लिए इस्तेमाल क्लासिक तंत्र. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
मिलर की क्लासिक प्रयोग, चिंगारी निर्वहन प्रयोग के कई रूपों, अन्य गैस के मिश्रण का उपयोग कर उदाहरण के लिए, संभव प्रारंभिक पृथ्वी की स्थिति की एक किस्म के तहत जीवन के लिए महत्वपूर्ण कार्बनिक यौगिकों के उत्पादन की दिखावट का पता लगाने के लिए प्रदर्शन किया गया से परिणाम 1953 प्रकाशन के बाद. उदाहरण के लिए, एक सीएच 4 </sub> / एच 2 ओ / एनएच इन 6 नहीं पाया गया है, हालांकि 2 एस गैस मिश्रण, कोडित सल्फर युक्त α-अमीनो एसिड का उत्पादन करने की क्षमता के लिए परीक्षण किया गया था 3 / एच. एक बिजली के निर्वहन के अधीन एक सीएच 4 / एनएच 3 मिश्रण की गैस क्रोमैटोग्राफी मास स्पेक्ट्रोमेट्री (जीसी एमएस) विश्लेषण एसिड व्यापारियों 7 अमीनो रहे हैं जो α-aminonitriles, का संश्लेषण दिखाया. 1972 में, पहली ओरो 8 (चित्रा 1 बी) द्वारा शुरू की गई एक सरल उपकरण का उपयोग कर, मिलर और उनके सहयोगियों, आज तक Murchison उल्का में पहचान की गई थी कि कोडित α-अमीनो एसिड 9 और nonprotein अमीनो एसिड 10 के सभी के संश्लेषण का प्रदर्शन एक बिजली के निर्वहन के लिए सीएच 4, 2 एन, और एनएच 3 की थोड़ी मात्रा subjecting द्वारा. बाद में, यह एक ही सरल प्रयोगात्मक डिजाइन का उपयोग कर, एच 2 ओ युक्त गैस के मिश्रण, एन 2, और सीएच 4, सीओ 2, या सीओ छात्र को छिड़ गयावातावरण में कार्बन प्रजातियों 11 के ऑक्सीकरण राज्य के एक समारोह के रूप में हाइड्रोजन साइनाइड, formaldehyde, और एमिनो एसिड की उपज उप.
पिछले कुछ वर्षों में वैकल्पिक प्रयोगात्मक डिजाइन का अन्वेषण करने के अलावा, महत्वपूर्ण विश्लेषणात्मक अग्रिम हाल ही में मिलर द्वारा संग्रहीत बिजली के निर्वहन प्रयोगात्मक नमूने की अधिक जांच जांच सहायता प्राप्त जो मिलर की क्लासिक प्रयोग, के बाद से हुई है, तकनीक द्वारा सुविधा किया गया होगा की तुलना में मिलर लिए उपयोग किया था 1950 के दशक में. मिलर की ज्वालामुखी पहले 1955 4 में सूचना दी प्रयोग 12,, और एक 1958 एच 2 एस युक्त प्रयोग 13 कि कई जिनमें से सहित, क्लासिक प्रयोग से अनेक अमीनो एसिड और एमाइंस एक व्यापक विविधता, और अधिक से अधिक abundances, का गठन किया है दिखाया गया पहले से चिंगारी निर्वहन प्रयोगों में पहचान नहीं किया गया था.
इस पत्र में वर्णित प्रयोग का उपयोग किया जा सकता हैगैस के मिश्रण की एक किस्म. आमतौर पर, बहुत कम से कम, इस तरह के प्रयोगों एक सी असर गैस, एक एन असर गैस, और पानी में शामिल होंगे. कुछ योजना के साथ, गैसों के लगभग किसी भी मिश्रण हालांकि, यह प्रणाली के कुछ रासायनिक पहलुओं पर विचार करने के लिए महत्वपूर्ण है, पता लगाया जा सकता है. उदाहरण के लिए, जलीय चरण का पीएच वहाँ 14 होता है कि रसायन शास्त्र पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव हो सकता है.
यहाँ वर्णित विधि मिलर की 1972 प्रकाशनों 9,10 में वर्णित के रूप में, एक सरल 3 एल प्रतिक्रिया पोत का उपयोग मिलर-Urey प्रयोग सदृश कि चिंगारी निर्वहन प्रयोगों का संचालन करने के लिए कैसे शोधकर्ताओं हिदायत के अनुरूप किया गया है. इस प्रयोग ज्वलनशील गैसों पर अभिनय एक उच्च वोल्टेज बिजली के चाप शामिल है, यह इस तरह मीथेन या कार्बन मोनोऑक्साइड के रूप में कम कार्बन असर गैसों का दहन पर हो सकता है जो विस्फोट के खतरे को खत्म करने के लिए प्रतिक्रिया कुप्पी से ओ 2 को दूर करने के लिए महत्वपूर्ण है या प्रतिक्रिया ओऑक्सीजन के साथ एफ एच 2.
यहाँ पर चर्चा प्रयोग आचरण करने के लिए तैयार करते समय ध्यान में रखा जाना चाहिए कि अतिरिक्त विवरण नहीं हैं. ग्लास वैक्यूम लाइनों और दबाव गैसों के साथ काम करने के लिए जब भी सबसे पहले, वहाँ विविधता दोनों के निहित खतरे मौजूद है और अधिक दबाव डाल. इसलिए, सुरक्षा चश्मा हर समय पहना होना चाहिए. दूसरा, प्रयोग आम तौर पर वायुमंडलीय दबाव से भी कम समय में आयोजित किया जाता है. यह कई गुना और प्रतिक्रिया कुप्पी पर दबाव अधिक के जोखिम को कम करता है. ग्लासवेयर हालांकि, 1 एटीएम से ऊपर के दबाव की सिफारिश नहीं कर रहे हैं, वायुमंडलीय दबाव पर या ऊपर मूल्यांकन किया जा सकता है. जल अघुलनशील एच 2 (जैसे सीएच 4 और एनएच 3 के रूप में) कम गैसों से मुक्त है के रूप में दबाव के इन प्रयोगों में वृद्धि हो सकती है. पर-पर दबाव वायुमंडलीय ओ 2 यह संभव एक विस्फोट में जिसके परिणामस्वरूप दहन प्रेरित करने के लिए कर रही है, प्रतिक्रिया कुप्पी में प्रवेश करने की अनुमति दे सकते हैं जो मुहर रिसाव के लिए नेतृत्व कर सकते हैं. तीसरा,यह प्रयोग के रूपांतरों का संचालन करने के लिए इस प्रोटोकॉल के संशोधन असुरक्षित स्थितियां पैदा नहीं कर रहे हैं सुनिश्चित करने के लिए सावधान योजना की आवश्यकता है कि मन में वहन किया जाना चाहिए. चौथा, यह अत्यधिक भावी प्रयोगकर्ता ध्यान से कई बार पहले वह या वह संभावित नुकसान से परिचित है और सभी आवश्यक हार्डवेयर उपलब्ध है और जगह में यकीन है कि इस प्रयोग का प्रयास करने के लिए पूरे प्रोटोकॉल के माध्यम से पढ़ने की सिफारिश की है. अन्त में, दहनशील गैसों से जुड़े प्रयोगों का आयोजन प्रयोगकर्ता के मेजबान संस्था के पर्यावरणीय स्वास्थ्य और सुरक्षा विभागीय दिशा निर्देशों के अनुपालन की आवश्यकता होती है. किसी भी प्रयोगों के साथ आगे बढ़ने से पहले इन सिफारिशों का पालन करें. यहाँ प्रोटोकॉल में विस्तृत सभी चरणों का लेखक 'मेजबान संस्थागत पर्यावरणीय स्वास्थ्य और सुरक्षा के दिशा निर्देशों के अनुपालन में हैं.
Protocol
Representative Results
Discussion
यहाँ वर्णित प्रोटोकॉल में कई कदम सुरक्षित और सही ढंग मिलर-Urey प्रकार के प्रयोगों के संचालन के लिए महत्वपूर्ण हैं. सबसे पहले, प्रतिक्रिया कुप्पी या नमूने के साथ संपर्क में आ जाएगा कि सभी कांच के बने पदार्?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम के लिए संयुक्त रूप से रासायनिक विकास, चे-1004570, और Astrobiology के लिए गोडार्ड केंद्र के लिए NSF केंद्र के तहत, NSF और नासा Astrobiology प्रोग्राम द्वारा समर्थित किया गया. ईटीएफ नासा ग्रहों जीवविज्ञान इंटर्नशिप प्रोग्राम द्वारा प्रदत्त अतिरिक्त धन स्वीकार करना चाहते हैं. लेखकों को भी प्रारंभिक प्रयोगशाला सुविधाओं की स्थापना में अमूल्य मदद के लिए डॉ. Asiri Galhena अदा करना चाहता हूँ.
Materials
| Glass Plugs for Manifold | Chemglass | CG-983-01 | N/A |
| High Vacuum Grease | Apiezon | N/A | Type M/N |
| Silicon High Vacuum Grease | Dow Corning | 1597418 | N/A |
| Teflon PFA Tubing | McMaster-Carr | 51805K54 | N/A |
| Ultra-Torr Vacuum Fittings | Swagelok | SS-4-UT-6 | N/A |
| Dry Scroll Vacuum Pump | Edwards | A72401905 | N/A |
| U-Tube Manometer | Alta-Robbins | 100SS | N/A |
| 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 | N/A |
| 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 Hour Plug-In Basic Timer | General Electric Company | 15119 | N/A |
| Cleaning Detergent | Alconox | 1104 | N/A |
| 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
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