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Chemistry

Mener des expériences de Miller-Urey

Published: January 21, 2014 doi: 10.3791/51039
Automatic Translation
1, 2,3, 4, 5, 5, 1, 6, 1
1School of Chemistry and Biochemistry, Georgia Institute of Technology, 2Earth-Life Science Institute, Tokyo Institute of Technology, 3Institute for Advanced Study, 4Astromaterials Research and Exploration Science Directorate, NASA Johnson Space Center, 5Goddard Center for Astrobiology, NASA Goddard Space Flight Center, 6Geosciences Research Division, Scripps Institution of Oceanography, University of California at San Diego

Summary

L'expérience de Miller-Urey était une étude pionnière en ce qui concerne la synthèse abiotique de composés organiques avec pertinence possible aux origines de la vie. Gaz simples ont été introduites dans un appareil de verre et soumis à une décharge électrique, simulant les effets de la foudre dans le système atmosphère-océan de la Terre primordiale. L'expérience a été menée pendant une semaine, après quoi, les échantillons prélevés ont été analysés pour qu'il les blocs de construction chimiques de la vie.

Abstract

En 1953, Stanley Miller a rapporté la production de biomolécules à partir de matériaux de départ gazeux simples, utilisant un appareil construit pour simuler le système atmosphère-océan primordial de la Terre. Miller a introduit 200 ml d'eau, 100 mm de Hg de H 2, 200 mm de Hg, de CH 4 et de 200 mm de Hg de NH 3 dans l'appareil, puis soumis ce mélange au reflux, à une décharge électrique pendant une semaine, tandis que l'eau était simultanément chauffée. Le but de ce manuscrit est de fournir au lecteur un protocole expérimental général qui peut être utilisé pour effectuer un essai de décharge d'étincelle de type Miller-Urey d', en utilisant un ballon de 3 litres simplifié de la réaction. Depuis l'expérience consiste à exposer des gaz inflammables à une décharge électrique à haute tension, il convient de souligner les étapes importantes qui réduisent le risque d'explosion. Les modes opératoires généraux décrits dans ces travaux peuvent être extrapolés à concevoir et à réaliser une grande variété d'expérience à décharge électriques simulant des environnements planétaires primitifs.

Introduction

La nature des origines de la vie sur Terre reste l'une des questions scientifiques les plus impénétrables. Dans les années 1920 biologiste russe Alexander Oparin et de la Colombie évolution biologiste et généticien John Haldane proposé le concept d'une "soupe primordiale" 1,2, décrivant les océans terrestres primitives contenant des composés organiques qui ont pu faciliter l'évolution chimique. Cependant, il a fallu attendre les années 1950, lorsque les chimistes ont commencé à mener des études de laboratoire délibérées visant à comprendre comment les molécules organiques auraient pu être synthétisés à partir de matières premières simples sur la Terre primitive. L'un des premiers rapports à cette fin est la synthèse de l'acide formique à partir de l'irradiation de deux solutions aqueuses de CO en 1951 3.

En 1952, Stanley Miller, un étudiant de troisième cycle à l'Université de Chicago, Harold Urey approché de faire une expérience pour évaluer la possibilité que les composés organiquesimportant pour l'origine de la vie peut avoir été formé abiologically sur la Terre primitive. L'expérience a été effectuée en utilisant un appareil en verre sur mesure (Figure 1A) conçu pour simuler la Terre primitive. L'expérience de Miller foudre imité par l'action d'une décharge électrique sur un mélange de gaz représentant la première atmosphère, en présence d'un réservoir d'eau liquide, ce qui représente le début des océans. L'appareil simule aussi l'évaporation et la précipitation à l'aide d'une enveloppe chauffante et d'un condenseur, respectivement. Des détails précis sur l'appareil utilisé Miller peuvent être trouvés ailleurs 4. Après une semaine de production d'étincelles, le contenu du ballon a été visiblement transformées. L'eau s'est un trouble, couleur rougeâtre 5 et matériel jaune-brun accumulée sur les électrodes 4. Ce travail de pionnier est considéré comme le premier délibéré, synthèse efficace de biomolécules dans des conditions terrestres primitives simulées. Figure 1
Figure 1. La comparaison entre les deux types d'appareils décrits dans ce document. L'appareil classique utilisé pour l'expérience originale de Miller-Urey (A) et l'appareil simplifié utilisé dans le protocole décrit ici (B). Cliquez ici pour agrandir l'image .

Après la publication 1953 de résultats d'expérience classique de Miller, de nombreuses variantes de l'expérience de décharge d'étincelle, par exemple en utilisant d'autres mélanges gazeux, ont été effectuées pour étudier la plausibilité des éléments de production de composés organiques importants pour la vie sous une variété de conditions éventuelles de la terre au début. Par exemple, un CH 4 2 O / NH 3 / H 2 gazeux en mélange S a été testé pour sa capacité à produire des acides α-aminés contenant du soufre codées, même si ceux-ci n'ont pas été détectés 6. chromatographie-spectrométrie de masse en phase gazeuse (GC-MS) analyse d'un CH 4 / NH 3, le mélange est soumis à une décharge électrique a montré la synthèse d'α-aminonitriles, qui sont des précurseurs d'acide aminé 7. En 1972, en utilisant un appareil simple, d'abord introduit par Oró 8 (figure 1B), Miller et ses collègues ont démontré la synthèse de tous les acides codés d'α-amino-9 et les acides aminés non protéiques 10 qui avaient été identifiées dans la météorite Murchison à jour, en soumettant le CH 4, N 2, et de petites quantités de NH 3 à une décharge électrique. Ensuite, en utilisant ce même protocole expérimental simplifié, des mélanges gazeux contenant H 2 O, N 2 et CH 4, CO 2, CO ou ont été déclenchées à étudy le rendement en cyanure d'hydrogène, le formaldéhyde et les acides aminés en fonction de l'état des espèces de carbone dans l'atmosphère 11 d'oxydation.

En plus de l'exploration de modèles expérimentaux d'autres au cours des années, des progrès analytiques importantes ont eu lieu depuis expérience classique de Miller, qui a récemment aidé des enquêtes d'approfondissement de décharge électrique échantillons expérimentaux archivées par Miller, celui qui aurait été facilité par les techniques Miller a eu accès à dans les années 1950. Volcanique expérience de Miller 12, la première fois en 1955 4, et un 1958 H 2 S contenant expérience 13 ont été montrés pour avoir formé une plus grande variété et une plus grande abondance, de nombreux acides aminés et les amines de l'expérience classique, y compris beaucoup qui n'avaient pas été précédemment identifiée dans les expériences de décharge d'étincelle.

L'expérience décrite dans le présent document peut être réalisée en utilisantune variété de mélanges de gaz. En général, à tout le moins, ces expériences contiennent un gaz C-palier, un gaz N porteuses, et de l'eau. Avec un peu de planification, presque n'importe quel mélange de gaz peut être exploré, cependant, il est important de tenir compte de certains aspects chimiques du système. Par exemple, le pH de la phase aqueuse peut avoir un impact significatif sur la chimie qui se produit là 14.

La méthode décrite ici a été adapté pour instruire les chercheurs la façon de mener des expériences de décharge d'étincelles qui ressemblent à l'expérience de Miller-Urey en utilisant un récipient de 3 L de réaction simplifiée, comme décrit dans 1 972 publications de Miller 9,10. Etant donné que cette expérience implique un arc électrique à haute tension agissant sur ​​les gaz inflammables, il est essentiel d'éliminer O 2 à partir du ballon de réaction pour éliminer le risque d'explosion, ce qui peut se produire lors de la combustion de gaz contenant du carbone réduits tels que le méthane ou le monoxyde de carbone, ou réaction of H 2 avec de l'oxygène.

Il ya des détails supplémentaires qui doivent être gardés à l'esprit lors de la préparation pour mener l'expérience discutée ici. Tout d'abord, lorsque vous travaillez avec des lignes à vide de verre et de gaz sous pression, il existe le danger inhérent à la fois de l'implosion et sur-pression. Par conséquent, des lunettes de sécurité doit être porté en tout temps. Deuxièmement, l'expérience est généralement effectuée au moins à la pression atmosphérique. Cela réduit le risque de sur-pression sur le collecteur et ballon de réaction. Verrerie peut être évalué à ou au-dessus de la pression atmosphérique, cependant, des pressions supérieures à 1 atm ne sont pas recommandés. Les pressions peuvent augmenter dans ces expériences comme insoluble dans l'eau H 2 est libéré de gaz réduits (tels que CH 4 et NH 3). Sur-pression peut conduire à des fuites d'étanchéité, ce qui peut permettre O 2 atmosphérique pour entrer dans le ballon de réaction, ce qui permet d'induire la combustion, ce qui entraîne une explosion. En troisième lieu,il convient de garder à l'esprit que la modification de ce protocole pour mener des variations de l'expérience nécessite une planification rigoureuse pour assurer des conditions dangereuses ne sont pas créés. Quatrièmement, il est fortement recommandé que l'expérimentateur prospective lire à travers l'ensemble du protocole soigneusement plusieurs fois avant de tenter cette expérience pour être sûr qu'il ou elle connaît les pièges potentiels et que tout le matériel nécessaire est disponible et en place. Enfin, des expériences impliquant des conducteurs gaz combustibles exigent le respect des lignes directrices du ministère de la santé et de la sécurité de l'environnement de l'établissement d'accueil de l'expérimentateur. S'il vous plaît respecter ces recommandations avant de procéder à des expériences. Toutes les étapes décrites dans le protocole ici sont en conformité avec les directives institutionnelles accueil santé et la sécurité de l'environnement de l'auteur.

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Protocol

Une. Établir un système de collecteur d'admission / à vide

  1. Utiliser un collecteur de verre pour introduire des gaz dans le ballon de réaction. Ce collecteur peut être acheté ou construit par une installation de soufflage de verre, mais il doit comporter des orifices d'aspiration étanche qui peuvent être connectés à un système d'aspiration, des bouteilles de gaz, une jauge à vide, et le récipient de réaction.
    1. Utilisez des joints en verre dépoli et des bouchons de verre avec des vannes sur le collecteur. Assurez-vous que tous les joints toriques sur les bouchons sont capables de faire les joints nécessaires. Si l'on utilise des joints en verre, d'une quantité suffisante de graisse à vide peut être appliqué pour aider à faire un joint d'étanchéité, si nécessaire. graisse à vide en silicone peut être utilisé pour éviter la contamination organique potentiel.
    2. Utilisez les robinets de verre sur le collecteur. Appliquer le montant minimum de la graisse à vide nécessaire de faire un joint.
    3. Mesurez le volume du collecteur. Ce volume sera utilisé pour les calculs relatifs à des pressions de gaz final dans le ballon de 3 litres de réaction et doit être connue aussi précisément que possible. À moins que le collecteur a suffisamment de connexions pour accueillir toutes les bouteilles de gaz simultanément, connectez un cylindre à la fois pour le collecteur. Inclure, à cet égard, d'un robinet permettant le collecteur à être isolé de l'atmosphère ambiante.
    4. Utilisez convenable, propre, inerte, et chimique et de fuite tuyau résistant et raccords pour le vide ultratorr pour relier les bouteilles de gaz au collecteur. Raccords Ultratorr, lorsqu'ils sont utilisés, doivent être serré manuellement.
    5. Connectez-vous au collecteur, une pompe à vide capable d'établir un vide de <1 mmHg. Les gaz d'échappement de la pompe à vide doit être situé à l'intérieur de la hotte, ou bien ventilée par d'autres moyens.
      1. Pour assurer la réalisation rapide de vide et pour protéger la pompe, un piège à insérer entre le collecteur et la pompe à vide. Un anti-pincement azote liquide est recommandée car elle permet d'éviter les substances volatiles telles que NH 3, CO 2, H 2 O et de pénétrer dans la pompe. Il faut prendre soin, comme volatiles piégés, sur warmer, peut surpression du collecteur et entraîner la rupture de verre.
    6. Connectez-vous au collecteur, un manomètre ou un autre indicateur de vide capable d'une résolution de 1 mmHg ou plus. Bien que divers appareils peuvent être utilisés, un manomètre à mercure, ou jauge MacLeod, est préférable que le mercure est assez non réactif.
    7. Mesurer et enregistrer la température ambiante à l'aide d'un thermomètre adapté.

2. Préparation du ballon de réaction

  1. Chauffer toute la verrerie à 500 ° C pendant au moins 3 heures dans l'air avant de l'utiliser, pour éliminer les contaminants organiques.
    1. Nettoyer les électrodes de tungstène en lavant délicatement avec des lingettes de laboratoire propres et du méthanol, et séchage à l'air.
  2. Verser 200 ml d'eau ultra-pure (18,2 cm MQ, COT <5 ppb) dans le ballon de 3 litres de réaction.
    1. Introduire un barreau d'agitation magnétique préalablement nettoyé et stérilisé, ce qui assurera une dissolution rapide des gaz solubles et le mélange des réactifs au cours de l'exrience.
  3. Attacher les électrodes de tungstène de la 3 L ballon de réaction en utilisant une quantité minimale de graisse à vide, avec des bouts séparés par environ 1 cm à l'intérieur du flacon. Fixer avec des clips.
  4. Insérer un adaptateur avec un robinet d'arrêt intégré dans le col de la fiole 3 L de réaction et fixer avec un clip.
  5. Attacher le ballon de 3 litres de réaction au collecteur de gaz par l'intermédiaire de l'adaptateur. Utilisez une pince ou pince pour aider à sécuriser le ballon.
    1. Graisser légèrement toutes les connexions pour assurer une bonne étanchéité à vide.
  6. Ouvrez toutes les vannes et robinets du collecteur, sauf Valve 6 et le robinet d'arrêt 1 (figure 4), et tourner sur la pompe à vide pour évacuer le collecteur. Une fois la lecture de vide stable de <1 mmHg a été atteint, fermer le robinet 1 et permettre au collecteur de s'asseoir pendant ~ 15 min pour vérifier les fuites de vide. Si aucun n'est détecté, passez à l'étape 2.8. Sinon résoudre les différentes connexions jusqu'à ce que les fuites peuvent être identifiés et corrigés.
  7. Appliquez agitation magnétique dans le récipient de réaction. Ouvrir la vanne 1 et le robinet d'arrêt 1 (figure 4) pour évacuer l'espace de tête du ballon de 3 litres de réaction jusqu'à ce que la pression a atteint <1 mmHg.
  8. Fermer une vanne (figure 4) et de surveiller la pression à l'intérieur du ballon de 3 litres de réaction. La pression mesurée devrait augmenter à la pression de vapeur d'eau. Pour garantir l'absence de fuite existent, attendre ~ 5 min à ce stade. Si la pression (en lecture sur le manomètre) augmente alors que la vanne 1 est fermée au cours de cette étape, vérifier les fuites dans le robinet d'arrêt 1 et les différentes connexions du ballon de réaction. Si aucune fuite n'est trouvé, passez à l'étape suivante.

3. Introduction d'gazeux NH 3

  1. Calcul de la pression nécessaire de NH 3 gazeux à introduire dans le collecteur de telle sorte que 200 mm de Hg de NH 3 sont introduits dans le ballon de réaction. Détails sur la façon de faire sont fournies dans la section Discussion.
  2. Fermer les vannes1 et 6, et le robinet d'arrêt 1 (figure 4) avant d'introduire tout gaz dans le collecteur. Laissez les autres vannes et robinet ouvert.
  3. Introduire du NH 3 dans le collecteur jusqu'à une faible pression (environ 10 mmHg) soit atteinte, puis à évacuer le collecteur à une pression de <1 mm de Hg, en ouvrant une vanne (figure 4). Répétez 3x.
  4. Introduire du NH 3 dans le collecteur pour atteindre la pression déterminée à l'étape 3.1.
  5. Ouvrir le robinet d'arrêt 1 (figure 4) à introduire 200 mmHg de NH 3 dans le ballon de 3 litres de réaction. Le NH 3 va se dissoudre dans l'eau dans le ballon de réaction et la pression va diminuer lentement.
  6. Une fois que la pression cesse tomber, près Robinet 1 (figure 4) et enregistrer la pression lue par le manomètre. Cette valeur représente la pression à l'intérieur du flacon, qui sera utilisée pour calculer les pressions pour d'autres gaz qui seront introduits plus loin dans le collecteur.
    7. (figure 4) pour évacuer le collecteur à une pression de <1 mm de mercure.
  7. Fermez la vanne 2 (figure 4) et débrancher la bouteille de gaz NH 3 du collecteur.

4. Présentation de CH 4

  1. Calcul de la pression nécessaire de CH 4 pour être introduit dans le collecteur de telle sorte que 200 mm de Hg de CH 4 sont introduits dans le ballon de 3 litres de réaction. Exemples de calcul sont présentés dans la section Discussion.
  2. Raccorder la bouteille de gaz CH 4 au collecteur.
  3. Ouvrir toutes les vannes et robinets, à l'exception de vanne 6 et le robinet d'arrêt 1 (figure 4), et évacuer le collecteur à une pression de <1 mm de mercure.
  4. Fermer la vanne 1 fois le collecteur a été évacuée (figure 4).
  5. Présentez-CH 4 dans le collecteur jusqu'à une faible pression (environ 10 mmHg) est obtenu. Cette purge la ligne de tout gaz de contaminants from étapes précédentes. Ouvrez la vanne 1 (figure 4) pour évacuer le collecteur à <1 mmHg. Répétez 2x plus.
  6. Présentez-CH 4 dans le collecteur jusqu'à ce que la pression calculée à l'étape 4.1, est atteint.
  7. Ouvrir le robinet d'arrêt 1 (figure 4) à introduire 200 mmHg de CH 4 dans le ballon de 3 litres de réaction.
  8. Fermer le robinet d'arrêt une fois que la pression prévue de CH 4 a été introduit dans le ballon à réaction de 3 L (Figure 4) et enregistrer la pression mesurée par le manomètre.
  9. Ouvrez la vanne 1 (figure 4) pour évacuer le collecteur à <1 mmHg.
  10. Fermez la vanne 2 (figure 4) et débranchez le CH 4 cylindre du collecteur.

5. Introduction d'autres gaz (par exemple N 2)

  1. A ce stade, il n'est pas nécessaire d'introduire des gaz supplémentaires. Cependant, si on le souhaite, il est recommandé d'ajouter 100 mmHg de N 2. Dans ce cas, le calcul de la pression nécessaire de N 2 pour être introduit dans le collecteur de telle sorte que 100 mm de Hg de N 2 sont introduits dans le ballon de 3 litres de réaction. Exemples de calcul sont présentés dans la section Discussion.
  2. Raccorder la bouteille de gaz N 2 dans le collecteur.
  3. Ouvrir toutes les vannes et robinets, à l'exception de vanne 6 et le robinet d'arrêt 1 (figure 4), et évacuer le collecteur à une pression de <1 mm de mercure.
  4. Fermer la vanne 1 fois le collecteur a été évacuée (figure 4).
  5. Introduire N 2 dans le collecteur jusqu'à une faible pression (environ 10 mmHg) est obtenu. Ouvrez la vanne 1 (figure 4) pour évacuer le collecteur à <1 mmHg. Répétez 2x plus.
  6. Introduire N 2 dans le collecteur jusqu'à ce que la pression calculée dans l'étape 5.1 est atteint.
  7. Ouvrir le robinet d'arrêt 1 (figure 4) à introduire 100 mmHg de N 2 dans le ballon de réaction.
  8. Fermer le robinet d'arrêt une fois que la pression prévue du N 2 a été introduit dans le ballon de réaction, (figure 4) et enregistrer la pression à l'aide du manomètre.
  9. Ouvrez la vanne 1 (figure 4) pour évacuer le collecteur à <1 mmHg.
  10. Fermez la vanne 2 (figure 4) et débranchez le N 2 cylindre du collecteur.

6. Début de l'Expérience

  1. Détacher le ballon de réaction à partir du collecteur, en fermant le robinet d'arrêt et une vanne 1 (figure 4) une fois que tous les gaz ont été introduits dans le ballon de réaction, de sorte que l'air ambiant peut pénétrer dans le collecteur et pour apporter le collecteur d'admission jusqu'à la pression ambiante.
  2. Après avoir débranché soigneusement le ballon de réaction du collecteur, mettre le flacon quelque part, il ne sera pas perturbé (par exemple l'intérieur d'une hotte vide).
  3. Débranchez la pompe à vide et retirez soigneusement le piège froid et permettre la ventilation à l'intérieur entièrementopérationnelle hotte.
  4. Fixer la bobine Tesla reliée au générateur haute fréquence d'allumage.
  5. Connecter l'électrode en tungstène opposée à une masse électrique pour permettre le passage efficace de courant électrique à travers l'intervalle entre les deux électrodes.
  6. Régler la tension de sortie du générateur d'étincelles à environ 30 000 V, tel que décrit par les documents fournis par le fabricant.
  7. Avant de lancer l'étincelle, fermer la ceinture de la hotte, pour servir comme un bouclier de sécurité entre l'appareil et l'expérimentateur. Tournez la bobine de Tesla à commencer l'expérience, et de permettre la formation d'étincelles de continuer pendant 2 semaines (ou autre période souhaitée) en 1 heure sur les cycles marche / arrêt.

7. Fin de l'expérience

  1. Arrêter le test en désactivant la bobine Tesla.
  2. Ouvrir le robinet d'arrêt 1 (figure 4) pour introduire l'air ambiant lentement dans le ballon de réaction et faciliter le retrait de l'adaptateur et les électrodes de tungstène de sorte SAmples peuvent être collectées. Si on le désire, un vide peut être utilisé pour évacuer le ballon à réaction de gaz de réaction nocifs.

8. Collecte échantillon liquide

  1. En utilisant une pipette en verre pyrolyse, prélever des échantillons de liquide de la fiole de réaction, en veillant à minimiser l'exposition aux contaminants, tels que ceux qui pourraient être introduites par toucher la pipette à la graisse à vide ou d'autres surfaces non stériles.
    1. Transférer l'échantillon dans un récipient stérile en plastique ou en verre. Récipients en plastique sont moins sujettes à la fissuration ou la rupture lors de la congélation, par rapport à des récipients en verre.
  2. conteneurs d'échantillons de Seal et stocker dans un congélateur capable d'atteindre des températures de -20 ° C ou moins, que les produits insolubles peuvent empêcher la solution de l'échantillon de gel à 0 ° C.

9. Nettoyage de l'appareil

  1. Utilisez laboratoire propre lingettes pour retirer soigneusement la graisse à vide du col de l'appareil, l'adapterer et le robinet, et le verre entourant les électrodes de tungstène.
  2. Nettoyer soigneusement les mêmes surfaces décrites à l'étape 9.1 avec du toluène pour éliminer totalement la graisse à vide organique de la verrerie. Si vous utilisez de la graisse silicone, la graisse haute vide peut rester sur la verrerie après pyrolyse, créant des problèmes futurs, comme indiqué dans la section Discussion.
  3. Nettoyer soigneusement le ballon de réaction avec une brosse et les solvants suivants dans l'ordre: l'eau ultra-pure (18,2 MQ cm, COT <5 ppb), de l'eau ultra-pure (18,2 MQ cm, COT <5 ppb) avec 5% de détergent, le méthanol, le toluène, méthanol, d'eau ultra-pure (18,2 MQ cm, COT <5 ppb) avec 5% de détergent et de l'eau ultra-pure enfin (18,2 MQ cm, COT <5 ppb).
  4. Couvrir tous les orifices ouverts du ballon de réaction avec une feuille d'aluminium et envelopper l'adaptateur et de ses composantes dans une feuille d'aluminium.
  5. Une fois toute la verrerie a été enveloppé dans une feuille d'aluminium, la pyrolyse pendant au moins 3 heures dansl'air à 500 ° C.
  6. Électrodes nettoyer en douceur avec du méthanol et laissez sécher à l'air.

10. Analyse des échantillons

Remarque: Lors de la préparation des échantillons pour l'analyse, l'utilisation d'un protocole d'hydrolyse acide tel que l'a été décrit en détail par ailleurs 15, est utile pour l'obtention de plusieurs acides aminés. L'hydrolyse d'une partie de l'échantillon récupéré offre la possibilité d'analyser à la fois des acides aminés libres, ainsi que leurs précurseurs labiles aux acides qui sont synthétisés dans des conditions abiotiques.

  1. Pour l'analyse d'acides aminés, en utilisant une technique appropriée (telle que la Chromatographie liquide et des méthodes basées sur la spectrométrie de masse ou d'autres méthodes appropriées). De telles techniques d'analyse comprennent la Chromatographie liquide à haute performance avec détection de fluorescence (HPLC-FD) de 14, et la Chromatographie liquide à haute performance ultra élevé avec détection par fluorescence en parallèle avec la spectrométrie positif (UHPL de temps-de-vol de masse à ionisation électrosprayC-FD/ToF-MS) 12,13. Ce manuscrit décrit l'analyse par spectrométrie de masse à l'aide d'analyses par un spectromètre de masse quadripolaire triple (QqQ-MS), en liaison avec HPLC-FD.

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Representative Results

Les produits synthétisés dans les expériences de décharge électrique peut être assez complexe, et il ya de nombreuses approches analytiques qui peuvent être utilisés pour les étudier. Certaines des techniques les plus couramment utilisées dans la littérature pour l'analyse des acides aminés sont discutés ici. Méthodes de spectrométrie de masse et chromatographie sont des techniques très instructifs pour l'analyse de mélanges complexes de produits chimiques produites par des expériences de décharge d'allumage de type Miller-Urey. analyse des amino-acides peut être effectuée en utilisant o -phthaldialdehyde/N-acetyl-L-cysteine ​​(OPA / CNA) 16, une paire de réactif chiral que les étiquettes des groupes amino primaires, ce qui donne des dérivés de diastéréoisomères fluorescentes qui peuvent être séparés sur une phase stationnaire chirale. Figure La figure 2 montre un chromatogramme d'une norme OPA / d'acides aminés du CNA en dérivé obtenu par HPLC couplée à la détection par fluorescence et QqQ-MS. Les acides aminés contenus dans la norme sont ceux généralement produite dans Miller-Urey dis le type d'allumagecharger expériences. Les identités de ces acides aminés sont répertoriés dans le tableau 1. Traces de fluorescence représentatifs d'un échantillon typique et blanc analytique sont présentés dans la figure 3, ce qui démontre la complexité moléculaire des échantillons de décharge électrique de type Miller-Urey. Le chromatogramme de la figure 3 a été produite à partir d'une expérience de décharge d'étincelle en utilisant les conditions suivantes: à partir de 300 mmHg de CH 4 250 mmHg, de NH 3, et 250 ml d'eau.

Figure 2
Figure 2. La région de 3 à 21 min des chromatogrammes HPLC-FD/QqQ-MS produites à partir de l'analyse d'un étalon d'acides aminés OPA / NAC en dérivé. les identités des pics d'acides aminés sont répertoriés dans le tableau 1. La trace de fluorescence est affichée en bas et les mas extraits correspondantss chromatogrammes sont présentés ci-dessus. L'ionisation électrospray (ESI) QqQ-MS a été opéré en mode positif et le suivi d'un intervalle de masse de 50-500 m / z. Les paramètres ESI étaient: gaz de désolvatation (N 2) température: 350 ° C, 650 L / h; tension capillaire: 3,8 kV; tension de cône: 30 V. Les pics non marqués dans la 367 extraite chromatogramme d'ions sont les 13 C 2 pics de 365 extrait chromatogramme d'ions, en raison de l'abondance naturelle d'environ 1% de 13 C Cliquez ici pour agrandir l'image .

Pic Acide aminé
1 l'acide D-aspartique
2 l'acide L-aspartique
3 l'acide L-glutamique
4 l'acide D-glutamique
5 D-sérine
6 L-sérine
7 Glycine
8 b-alanine
9 D-alanine
10 g-amino-n-butyrique (g-ABA)
11 L-alanine
Db-amino-n-butyrique (Db-ABA)
13 un aminoisobutyrique acide (a-AIB)
14 Lb-amino-n-butyrique (Lb-ABA)
15 D / La-amino-n-butyrique (D / La-ABA)
16 D-isovaline
17 L-isovaline
18 L-valine
19 e-amino-n-caproïque acide (EACA)
20 D-valine
D-isoleucine
22 L-isoleucine
23 D / L-leucine

Tableau 1. Identités de pointe pour les acides aminés détectés dans la norme et que sont généralement produites dans des expériences de décharge d'allumage de type Miller-Urey.

Figure 3
Figure 3. La région de 3 à 21 min de la chromatogrammes HPLC-FD représentatifs des expériences de décharge d'étincelle de type Miller-Urey d'. Pics ont été identifiés et quantifiés par le temps de rétention et l'analyse de masse des composés cibles par rapport à un blanc étalon, et d'analyse. Tout cible ana lytes avec des moments coélution fluorescence de rétention peut être séparé et quantifié en utilisant la spectrométrie de masse, à l'exception de α-AIB et la L-β-ABA (pics 13 et 14), et D / L-norleucine, qui coélue avec D / L-leucine (pic 23), dans les conditions chromatographiques utilisées. D / L-norleucine a été ajouté comme étalon interne pour l'analyse des échantillons et des blancs pendant la préparation de l'échantillon. séparation des acides aminés a été réalisée en utilisant un 4,6 mm x 250 mm, 5 um de taille de particule Phenyl-Hexyl colonne HPLC. La phase mobile était composée de: A) de l'eau ultrapure (MQ 18,2 cm, COT <5 ppb), B) methanol, et C) de 50 mM de formiate d'ammonium à 8% de methanol, à un pH de 8. Le gradient utilisé était: 0-5 min, 100% C; 5-15 min, 0,83% A 0-12% B, 100-5% C; 15-22 min, de 83 à 75% A, 12 - 20% B, 5% C; 22-35 min, 75-35% A, B 20-60%, 5% C; 35-37 min, 35-0% A, B 60-100%, 5-0% C; 37-45 min, 100% B; 45-46 min, 100-0% B, 0-100% C 46-55 min, 100% C. Le débit était de 1 ml / min.hres.jpg "target =" _blank "> Cliquez ici pour agrandir l'image.

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Discussion

De nombreuses étapes dans le protocole décrit ici sont essentielles pour la réalisation de Miller-Urey expériences de type sûre et correcte. Tout d'abord, tous les verres et la manipulation des échantillons des outils qui viendront en contact avec le ballon de réaction ou de l'échantillon doivent être stérilisés. La stérilisation est obtenue en rinçant abondamment les articles en question avec de l'eau ultra-pure (18,2 MQ cm, COT <5 ppb), puis les envelopper dans du papier d'aluminium, avant la pyrolyse à 500 ° C dans l'air pendant au moins 3 h. Une fois que le matériel a été pyrolyse et lors de la préparation des échantillons pour l'analyse, il faut prendre soin d'éviter la contamination organique. Le risque de contamination peut être minimisée par le port de gants en nitrile, une blouse de laboratoire et des lunettes de protection. Assurez-vous de travailler avec des échantillons loin de son corps comme des sources communes de contamination comprennent les empreintes digitales, de la peau, des cheveux et l'air expiré. Eviter le contact avec des gants mouillés et ne pas utiliser de latex ou matériaux de nylon. Deuxièmement, le dégazage complet du til flacon réactionnel avant l'addition de gaz dans le ballon de réaction est critique. La présence de quantités même faibles de l'oxygène moléculaire dans le ballon de réaction présente un risque d'explosion lorsque l'allumage est déchargée dans les gaz inflammables tels que CH 4. Alors que le dégazage du ballon, l'eau à l'intérieur du ballon va bouillir, ce qui permettra d'éviter une lecture stable. A ce stade, il ya deux options: 1) dégazer le ballon par les cycles de gel-dégel (typiquement 3 sont utilisés), ou 2) Degas simplement la solution liquide. Dans ce dernier cas, une partie de l'eau sera perdue, cependant, la quantité sera relativement faible par rapport au volume restant. Troisièmement, une installation bien équipée et efficace doit être construit avec soin pour établir un allumage entre les électrodes, tout au long de l'expérience. Bobines BD-50E Tesla ne sont pas conçus pour un fonctionnement prolongé, car ils sont destinés à la détection des fuites de vide. Refroidissement intermittent de la bobine de Tesla est donc recommandé de durée de vie prolongée. There existe plusieurs façons d'y parvenir. Une méthode simple consiste à fixer une minuterie en ligne entre le testeur d'allumage et de son alimentation et programmer la minuterie de sorte qu'il alterne en 1 heure sur les cycles marche / arrêt. Le refroidissement de la bobine de Tesla avec un ventilateur commerciale peut également être nécessaire de prolonger la vie de la bobine de Tesla. La pointe de la bobine de Tesla devrait se toucher, ou presque toucher l'une des électrodes de tungstène; une distance entre les deux d'environ 1 mm ou moins. De plus, une décharge intense peut être obtenue en utilisant une longueur de fil métallique conducteur avec une boucle à une extrémité drapé légèrement au-dessus de l'électrode opposée à celle de toucher la bobine de Tesla pour éviter de casser le joint d'étanchéité pour le contenu. Il est également recommandé d'avoir un second générateur d'étincelles disponible dans le cas où le générateur d'étincelles principal tombe en panne en raison d'une utilisation prolongée.

Il ya beaucoup de notes supplémentaires d'une valeur en gardant à l'esprit lors de la réalisation de diverses étapes du protocole décrit ici. Lors de la préparation du système d'admission pour unn expérimenter et en utilisant un manomètre à mercure, il est généralement admis que la précision de 1 mm de Hg est le meilleur possible, en raison de la résolution de l'oeil humain. Certains gaz peuvent présenter des problèmes de conductivité avec des jauges à résistance. Mercure manomètres présentent des risques de déversements potentiels, qui doivent être préparés à l'avance.

Lors de l'assemblage du ballon de 3 litres de réaction, l'utilisation de la graisse à vide de silicium peut réduire la contamination biologique potentiel, mais il faut veiller à supprimer ce fond entre les courses. Ne pas le faire se traduira par l'accumulation de dépôts de silice lors de la pyrolyse à haute température, ce qui peut interférer avec des joints à vide. De plus, les électrodes en tungstène sont disponibles dans le commerce en tant que 2% de tungstène thorié et doivent être recuites dans les raccords en verre rodé demi-rondes. Ne pas pyrolyser les électrodes de tungstène de verre dans un four équipé. Les coefficients de dilatation thermique du tungstène et du verre sont différentes et heating-dessus de 100 ° C peut affaiblir le joint d'étanchéité autour des électrodes en verre recuit et présenter des fuites dans le système. En outre, de l'eau ultrapure peut être introduit dans le ballon de 3 litres de réaction en versant, en prenant soin d'éviter tout contact avec la graisse sur le port utilisé, ou par pipetage, en utilisant une pipette en verre prepyrolyzed. La phase aqueuse dans le ballon de réaction peut être tamponnée, si on le souhaite. Par exemple, Miller et coll 9 tamponné la solution à pH ~ 8,7 avec un tampon de NH 3 / NH 4 Cl. Pour ce faire, la phase aqueuse est de 0,05 M en NH 4 Cl, avant de l'introduire dans le ballon de réaction. NH 4 Cl de 99,5% de pureté, ou plus, doit être utilisée. Le reste du NH 3 est ensuite introduit dans le ballon de réaction sous forme de gaz.

En préparation pour l'introduction de gaz dans le ballon de 3 litres de réaction, le ballon peut être fixée sur le collecteur en plaçant le ballon sur un anneau de liège, fixé au sommet d'un vérin de laboratoire et soulevant doucement l'ensemble de flacon jusqu'à uneconnexion confortable est atteint. Lors de la vérification des fuites, il convient de noter que les sources probables de fuites sont joints pauvres au niveau des jonctions des joints de demi-tour de verre au sol, qui fixent les électrodes de tungstène dans le ballon de réaction, et le robinet d'arrêt de l'adaptateur fixé au cou de le 3 L ballon de réaction. Si les fuites provenant de ces sources sont détectées, retirez délicatement le ballon de 3 litres de réaction du collecteur, essuyer ces zones avec le tissu de laboratoire propre, réappliquer une nouvelle couche de graisse à vide et remettez le ballon vers le collecteur à la recherche de fuites. Si aucune fuite n'est détectée, passer à introduire des gaz dans le ballon de réaction.

Alors que l'introduction de gaz dans l'appareil, les bouteilles de gaz doivent être solidement fixés à un support. Des précautions doivent être prises pour introduire des gaz lentement. Robinets des bouteilles de gaz doivent être ouverts lentement et prudemment en surveillant le manomètre pour éviter la pression sur la verrerie et d'accessoires,. Il est important de noter that tandis que l'ajout de NH 3 dans le ballon de réaction, parce que le NH 3 est sensiblement soluble dans l'eau au-dessous du pKa de NH 4 + (~ 9,2), essentiellement tout le gaz NH 3 introduit dans le collecteur va se dissoudre dans la phase aqueuse, ce qui rend la pression finale dans le récipient collecteur et que la pression de vapeur de l'eau à la température ambiante. Une fois que cette pression est atteinte, on peut supposer que le transfert est terminé. Ce qui suit sont des exemples de calculs qui doivent être exécutées dans l'ordre d'introduire précisément gaz dans le ballon de réaction à leurs pressions souhaitées:

Introduction d'gazeux NH 3

En raison de la solubilité du NH 3, la quasi-totalité de celui-ci seront de transférer à partir du collecteur dans le ballon de réaction et à dissoudre dans la phase aqueuse à condition que le NH 3 dans le collecteur est à une pression supérieure à la pression de vapeur d'eau dans la réactionflacon. Par conséquent, il convient de noter que la température ambiante et la pression de vapeur de l'eau à cette température doit être référencé avant l'introduction de NH 3 dans le collecteur. La pression cible de NH 3 à introduire dans le ballon de réaction doit être égale à la pression cible de NH 3 dans le ballon de 3 litres de réaction, ainsi que la pression de vapeur d'eau dans le ballon de réaction, à la température ambiante enregistrée. Par exemple, à 25 ° C, la pression de vapeur de l'eau est d'environ 24 mmHg. Ainsi, afin d'introduire à 200 mmHg de NH 3 dans le ballon de réaction, la charge d'environ 225 mmHg de NH 3 dans le collecteur avant le transfert de NH 3 à partir du collecteur et dans le ballon de réaction. Cela se traduira par environ 200 mmHg de NH 3 est introduit dans le ballon de réaction.

Présentation de CH 4

Après NH 3 et plus sa dissolution en ee phase aqueuse, la pression dans l'espace de tête du ballon de réaction est égale à la pression de vapeur de l'eau à 25 ° C, d'environ 24 mmHg. Cette valeur est utilisée, en liaison avec le collecteur exemple représenté sur la figure 4, pour effectuer un calcul de la quantité de CH 4 d'introduire dans le collecteur de telle sorte que 200 mm de Hg de CH 4 sont introduits dans le ballon de réaction:

P 1 = pression totale désirée tout au long de l'ensemble du système, y compris le ballon de réaction
1 V = volume total de l'ensemble du système, y compris le ballon de réaction

P 2 = pression du CH 4 nécessaire pour remplir le volume du collecteur avant l'introduction dans le ballon de réaction
V 2 = volume de collecteur utilisé pour l'introduction de gaz

P 3 = pression déjà dans l'espace de tête du ballon de réaction
3 V = volume du ballon de réaction

<p class = "jove_content"> P 1 = 200 mmHg de CH 4 + 24 mmHg de H 2 O = 224 mmHg
V 1 = 3000 ml + 100 ml + 300 ml + 40 ml + 20 ml + 3000 ml + 40 ml + 500 ml = 7000 ml

P 2 = pression de CH 4 étant calculée
V 2 = 100 ml + 300 ml + 40 + 20 + 3000 ml + 40 ml + 500 ml = 4000 ml

3 P = 24 mmHg de H 2 O
V 3 = 3000 ml

Introduction de N 2

Après introduction de CH 4, l'espace de tête du ballon de réaction est occupé par 200 mm de Hg de CH 4 et 24 mmHg de H 2 O pour un total de 224 mmHg. Cette valeur sera utilisée, ainsi que les dimensions du collecteur exemple représenté sur la figure 4, pour le calcul de til N2 pression qui doit être introduit dans le collecteur de telle sorte que 100 mm de Hg de N 2 sont introduits dans le ballon de réaction:

P 1 = pression totale désirée tout au long de l'ensemble du système, y compris le ballon de réaction
1 V = volume total de l'ensemble du système, y compris le ballon de réaction

P 2 = pression de N 2 nécessaire pour remplir le volume du collecteur avant l'introduction dans le ballon de réaction
V 2 = volume de collecteur utilisé pour l'introduction de gaz

P 3 = pression déjà dans l'espace de tête du ballon de réaction
3 V = volume du ballon de réaction

P 1 = 24 mmHg de H 2 O + 200 mmHg de CH 4 + 100 mmHg de N 2 = 324 mmHg
V 1 = 3000 ml + 100 ml> + 300 ml + 40 ml + 20 ml + 3000 ml + 40 ml + 500 ml = 7000 ml

2 = pression de N 2 étant calculé
V 2 = 100 ml + 300 ml + 40 ml + 20 ml + 3000 ml + 40 ml + 500 ml = 4000 ml

P 3 = 200 mmHg de CH 4 + 24 mmHg de H 2 O = 224 mmHg
V 3 = 3000 ml

Figure 4
Figure 4. . Collecteur d'admission / système de vide utilisé pour introduire des gaz dans le ballon à réaction de 3 L vannes commandant l'écoulement de gaz sont étiquetés en tant que V 1 - V 8, tandis que les robinets d'arrêt contrôlant l'écoulement de gaz sont étiquetés comme S 1 et S 2. Il est à noter que si Vannes 1, 2, et 6, et le robinet d'arrêt 1 sont appelés explicitly dans le protocole, les autres vannes et robinet dans le collecteur montré ici sont utiles pour ajouter ou supprimer le volume (c.-à-tenant des ballons) ou du collecteur. Par exemple, lors de l'introduction des gaz dans le collecteur à des pressions relativement élevées (environ 500 mm Hg ou plus), il est conseillé que l'expérimentateur fait usage de tous les flacons de purge attachés au collecteur pour augmenter le volume accessible du collecteur et à minimiser le risque de sur-pression sur le collecteur.

Après l'ouverture de l'expérience, le système doit être vérifié régulièrement pour assurer l'expérience fonctionne correctement. Choses à vérifier: 1) le générateur d'étincelles produit une étincelle, et 2) l'étincelle est générée entre les électrodes de tungstène d'une manière continue. Si les conditions ci-dessus ne sont pas remplies, débrancher la bobine Tesla de son alimentation et de la remplacer par la bobine de Tesla sauvegarde. Pendant ce temps, les réparations à la bobine Tesla dysfonctionnements peuvent être faites.Souvent, les plaques de contact à l'intérieur du boîtier du générateur d'étincelles peuvent se corroder et de l'utilisation prolongée doit être polie, ou remplacé.

À la fin de l'expérience, les gaz dans l'espace de tête peuvent être irritantes pour le système respiratoire. Les gaz nocifs, tels que le cyanure d'hydrogène 4 peuvent être produits par l'expérience. Si l'expérimentateur ne recueille des échantillons de gaz pour l'analyse, il peut être utile de connecter l'appareil à un aspirateur d'eau pour évacuer les matières volatiles pendant environ une heure après la fin de l'expérience, tandis que l'appareil reste dans la hotte d'aspiration, avant le prélèvement d'échantillons liquides . Pour des raisons de sécurité, il est conseillé que l'appareil est évacué dans une hotte pleinement opérationnel. prélèvement d'échantillons doit être effectuée dans une hotte et à la manutention de l'échantillon dans un banc de flux filtré HEPA positive de pression est recommandé.

Parmi les nombreux types de produits formés par décharge à étincelles exriences, les acides aminés sont d'importance. Les acides aminés sont synthétisés facilement via la synthèse de Strecker 17. La synthèse de Strecker d'acides aminés comprend la réaction d'aldéhydes ou de cétones et HCN générées par l'action de la décharge électrique dans les gaz introduits dans l'appareil de réaction, qui, lors de la dissolution dans la phase aqueuse, peut réagir avec l'ammoniac pour former des α-aminonitriles qui subissent hydrolyse pour donner les acides aminés. Ceci est, bien sûr, mais l'un des mécanismes de la synthèse, et d'autres peuvent également être applicable, telle que l'amination directe de précurseurs, y compris l'acrylonitrile pour donner des précurseurs β-alanine, ou l'hydrolyse directe d'un matériau de Tholin analogue de poids moléculaire plus élevé pour donner directement les acides aminés , sans passer par le mécanisme de Strecker.

la contamination des acides aminés des échantillons produits par des expériences de Miller-Urey peut se produire si les précautions évoquées plus haut ne sont pas respectées de façon explicite. Lors de l'analyse de l'échantillon, il est important de search pour des signes de contamination terrestre qui peuvent provenir de la manipulation des échantillons ou le stockage de l'échantillon. L'utilisation d'OPA / NAC 16 en conjonction avec les techniques LC-FD permet la séparation chromatographique de D-et L-énantiomères d'acides aminés ayant des centres chiraux et leur, la quantification individuelle respective. Acides aminés chiraux synthétisés par l'expérience doivent être racémique. L'erreur expérimentale acceptable au cours de la synthèse des acides aminés avec des centres chiraux est généralement considérée comme étant d'environ 10%. Par conséquent, les ratios acide aminé D / L chiraux évocateurs d'enrichissement en un énantiomère de plus de 10% est un bon indicateur permettant de déterminer si l'échantillon a été contaminé.

Les méthodes présentées ici sont destinées à instruire la façon de mener une expérience de décharge d'étincelle de type Miller-Urey, mais il ya des limites à la technique décrite ici qu'il convient de noter. Tout d'abord, le chauffage de l'unique ballon de 3 L de réaction (figure 1B), Se traduira par la condensation de la vapeur d'eau sur les pointes des électrodes, ce qui freine l'étincelle, et la réduction de la production d'espèces radicalaires qui influent le plus sur la chimie qui se déroule au sein de l'expérience. En outre, l'utilisation d'une enveloppe chauffante pour chauffer l'appareil n'est pas nécessaire de synthétiser des composés organiques tels que des acides aminés. Cela diffère de l'expérience initiale de Miller, où il utilise un plus complexe, construite sur mesure, appareil de ballon double (figure 1A) et 5 chauffé le petit flacon au fond de l'appareil, qui a de l'eau dedans (figure 1A). Le chauffage de l'appareil aidé par la circulation des matières de départ et destiné à simuler l'évaporation dans un système terrestre précoce. Deuxièmement, le protocole détaillé ici recommande une 1 h cycle marche / arrêt pour l'utilisation de la bobine de Tesla, qui double la quantité de temps une expérience nécessaire pour compléter, par rapport aux expériences menées par Miller, comme il évacué en continu élémentctricity dans le système 4. Troisièmement, en tant que générateurs d'allumage ne sont pas destinés à un usage à long terme, elles sont sujettes à un dysfonctionnement pendant une utilisation prolongée et doivent être régulièrement entretenus et parfois remplacés par une unité de back-up, si le générateur d'étincelles primaire échoue au cours d'une expérience. Enfin, le protocole décrit ici implique l'utilisation de robinets de verre, qui exigent de la graisse haute vide pour faire des joints appropriés. Si on le souhaite, le polytétrafluoroéthylène (PTFE), des robinets d'arrêt peuvent être utilisés pour éviter la graisse à vide. Toutefois, si l'examen de ces robinets pour d'éventuelles fuites avec un détecteur de fuite étincelle, être prudent pour ne pas surexposer le PTFE à l'étincelle, car cela peut compromettre l'intégrité du PTFE et conduire à joints pauvres déployés par ces robinets.

L'importance de la méthode décrite ici par rapport aux techniques existantes, se situe dans sa simplicité. Il utilise une disponible dans le commerce ballon de 3 litres, ce qui est également beaucoup moins fragile et plus facile à cleun entre les expériences que la conception originale utilisée par Miller 5. Parce que l'appareil est moins encombrant, il est assez petit pour réaliser une expérience à l'intérieur d'une hotte.

Une fois la technique décrite ici a été maîtrisée, elle peut être modifiée de diverses manières afin de simuler de nombreux types d'environnements terrestres primitives. Par exemple, des mélanges de gaz plus oxydées peuvent être utilisées 14,18,19. En outre, en utilisant des modifications de l'appareil, la source d'énergie peut être modifiée, par exemple, à l'aide d'une décharge silencieuse 4, 20 la lumière ultraviolette, la simulation des systèmes volcaniques 4,12,21, imitant la radioactivité à partir de la croûte terrestre 22, et mimant l'énergie produite par ondes de choc les impacts de météorites 23, et aussi le rayonnement cosmique 18,19.

L'expérience classique de Miller-Urey a démontré que les acides aminés, éléments constitutifs importants de protéines biologiques, peuvent être synthesized en utilisant des produits de départ simples dans des conditions terrestres simulées prébiotiques. L'excitation de molécules gazeuses par une décharge électrique conduit à la production de composés organiques, y compris des acides aminés, dans de telles conditions. Bien que les acides aminés sont importants pour la biologie contemporaine, l'expérience de Miller-Urey ne fournit un mécanisme possible pour leur synthèse abiotique, et n'explique pas l'origine de la vie, que les processus qui donnent lieu à des organismes vivants étaient probablement plus complexe que la formation de des molécules organiques simples.

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Disclosures

Les auteurs déclarent aucun intérêt financier concurrents.

Acknowledgments

Ce travail a été financé conjointement par la NSF et le programme d'astrobiologie de la NASA, dans le cadre du Centre de la NSF pour l'évolution chimique, CHE-1004570, et le Centre Goddard pour l'astrobiologie. ETP tient à remercier financement supplémentaire fourni par le Programme de stages de biologie planétaire de la NASA. Les auteurs souhaitent également remercier le Dr Asiri Galhena de l'aide inestimable dans la mise en place des installations de laboratoire initiales.

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

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References

  1. Oparin, A. I. The Origin of Life. , Izd. Moskovshii Rabochii. (1924).
  2. Haldane, J. B. The origin of life. Rationalist Annu. 148, 3-10 (1929).
  3. 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).
  4. Miller, S. L. Production of Some Organic Compounds under Possible Primitive Earth Conditions. J. Am. Chem. Soc. 77, 2351-2361 (1955).
  5. Miller, S. L. A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions. Science. 117, 528-529 (1953).
  6. 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).
  7. Ponnamperuma, C., Woeller, F. α-Aminonitriles formed by an electric discharge through a mixture of anhydrous methane and ammonia. Biosystems. 1, 156-158 (1967).
  8. Oró, J. Synthesis of Organic Compounds by Electric Discharges. Nature. 197, 862-867 (1963).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Johnson, A. P., et al. The Miller Volcanic Spark Discharge Experiment. Science. 322, 404 (2008).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Sagan, C., Khare, B. N. Long-Wavelength Ultraviolet Photoproduction of Amino Acids on the Primitive Earth. Science. 173, 417-420 (1971).
  21. Harada, K., Fox, S. W. Thermal Synthesis of Natural Amino-Acids from a Postulated Primitive Terrestrial Atmosphere. Nature. 201, 335-336 (1964).
  22. 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).
  23. 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).

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