Эксперимент Миллера-Юри показал, что строительные блоки жизни могут формироваться в первозданном бульоне. Но он упустил из виду одну ключевую переменную.
Ключевые выводы
- Знаменитый эксперимент показал, что смесь газов и воды может производить аминокислоты и другие биомолекулярные предшественники.
- Однако новое исследование показывает, что главную роль в результате мог сыграть неожиданный фактор: стеклянная посуда.
- Сложные эксперименты требуют хорошего контроля, и эксперимент Миллера-Юри в этом отношении потерпел неудачу.
Наука в начале 20 века одновременно пережила множество революций. Радиологическое датирование исчисляло годы существования Земли миллиардами, а эоны отложений продемонстрировали ее геологическую эволюцию. Биологическая теория эволюции была принята, но оставались загадками механизм ее отбора и молекулярная биология генетики. Остатки жизни возникли очень-очень давно, начиная с простых организмов. Эти идеи достигли апогея в вопросе об абиогенезе: могла ли первая жизнь возникнуть из неживой материи?
В 1952 году аспирант по имени Стэнли Миллер, которому было всего 22 года, разработал эксперимент, чтобы проверить, могут ли аминокислоты, из которых состоят белки, образовываться в условиях, которые, как считается, существовали на первобытной Земле. Работая со своим советником, лауреатом Нобелевской премии Гарольдом Юри, он провел эксперимент, о котором теперь снова и снова рассказывается в учебниках по всему миру.
В эксперименте смешали воду и простые газы - метан, аммиак и водород - и поразили их искусственным разрядом молнии в герметичном стеклянном аппарате. В течение нескольких дней на дне аппарата образовалось густое окрашенное вещество. Этот детрит содержал пять основных молекул, общих для живых существ. Пересматривая этот эксперимент на протяжении многих лет, Миллер утверждал, что обнаружил целых 11 аминокислот. Последующая работа по изменению электрической искры, газов и самого аппарата создала еще дюжину или около того. После смерти Миллера в 2007 году остатки его первоначальных экспериментов были повторно исследованы его бывшим учеником. Даже в этом примитивном первоначальном эксперименте могло быть создано целых 20-25 аминокислот.
Эксперимент Миллера-Юри - смелый пример проверки сложной гипотезы. Это также урок, позволяющий делать из него более чем самые осторожные и ограниченные выводы.
Кто-нибудь рассматривал стеклянную посуду?
В годы, последовавшие за оригинальной работой, волнение по поводу ее результата сдерживалось несколькими ограничениями. Простые аминокислоты не объединялись, образуя более сложные белки или что-то похожее на примитивную жизнь. Далее, точный состав молодой Земли не соответствовал условиям Миллера. И мелкие детали настройки, похоже, повлияли на результаты. Новое исследование, опубликованное в прошлом месяце в Scientific Reports, исследует одну из этих раздражающих деталей. Было обнаружено, что точный состав оборудования, в котором проводится эксперимент, имеет решающее значение для образования аминокислот.
Сильнощелочной химический бульон растворяет небольшое количество сосуда реактора из боросиликатного стекла, использовавшегося в первоначальном и последующих экспериментах. Растворенные кусочки кремнезема проникают в жидкость, вероятно, вызывая и катализируя реакции. Эродированные стенки стакана также могут способствовать катализу различных реакций. Это увеличивает общее производство аминокислот и позволяет образовывать некоторые химические вещества, которые не образуются при повторении эксперимента в аппарате из тефлона. Но проведение эксперимента в тефлоновом аппарате, преднамеренно загрязненном боросиликатом, позволило восстановить часть потерянных аминокислот.
Сложные вопросы требуют тщательно разработанных экспериментов
Эксперимент Миллера-Юри был основан на сложной системе. За прошедшие годы были изменены многие переменные, такие как концентрация и состав газов. С целью демонстрации того, что может быть правдоподобно, то есть могут ли биомолекулы быть созданы из неорганических материалов, это было ошеломляюще успешным. Но хорошего контроля не было. Теперь мы видим, что это могло быть довольно большой ошибкой.
Одним из элементов искусства в науке является определение того, какие из бесчисленных сложностей имеют значение, а какие нет. Какие переменные могут быть учтены или поняты без тестирования, а какие можно искусно исключить при планировании эксперимента? Это пограничная область между точной наукой и интуитивным искусством. Конечно, не очевидно, что стекло сыграет роль в результате, но, по-видимому, играет.
Более определенная и тщательная форма науки состоит в том, чтобы провести эксперимент, который одновременно изменяет одну и только одну переменную. Это медленный и трудоемкий процесс. Проверка таких сложных гипотез, как «Могла ли жизнь развиться из неживого на ранней Земле?», может быть непозволительно сложной задачей. Авторы новой работы выполнили именно такой тест с одной переменной. Они провели весь эксперимент Миллера-Юри несколько раз, меняя только присутствие силикатного стекла. Прогоны, проведенные в стеклянном сосуде, дали один набор результатов, а тесты с использованием тефлонового аппарата - другой.
Систематический обход каждой потенциальной переменной по одной за раз можно назвать «грубой силой». Но и здесь есть искусство, а именно в том, чтобы решить, какую единственную переменную из многих возможностей проверить и каким образом. В этом случае мы узнали, что силикаты стекла сыграли важную роль в эксперименте Миллера-Юри. Возможно, это означает, что формации силикатных пород на ранней Земле были необходимы для возникновения жизни. Может быть.