- Prima di Miller e Urey: prospettiva storica
- In cosa consisteva?
- risultati
- Importanza
- conclusioni
- Critica dell'esperimento
- Riferimenti
L' esperimento Miller e Urey consiste nella produzione di molecole organiche utilizzando molecole inorganiche più semplici come materiale di partenza in determinate condizioni. L'obiettivo dell'esperimento era ricreare le antiche condizioni del pianeta Terra.
L'intento di tale ricreazione era quello di verificare la possibile origine delle biomolecole. In effetti, la simulazione ha raggiunto la produzione di molecole - come amminoacidi e acidi nucleici - essenziali per gli organismi viventi.
Prima di Miller e Urey: prospettiva storica
La spiegazione dell'origine della vita è sempre stata un argomento molto dibattuto e controverso. Durante il Rinascimento si credeva che la vita avesse origine all'improvviso e dal nulla. Questa ipotesi è nota come generazione spontanea.
Successivamente, il pensiero critico degli scienziati iniziò a germogliare e l'ipotesi fu scartata. Tuttavia, la domanda posta all'inizio è rimasta poco chiara.
Negli anni '20, gli scienziati dell'epoca usavano il termine "zuppa primordiale" per descrivere un ipotetico ambiente oceanico in cui probabilmente ebbe origine la vita.
Il problema era proporre un'origine logica delle biomolecole che rendono possibile la vita (carboidrati, proteine, lipidi e acidi nucleici) da molecole inorganiche.
Già negli anni '50, prima degli esperimenti di Miller e Urey, un gruppo di scienziati riuscì a sintetizzare l'acido formico dall'anidride carbonica. Questa formidabile scoperta è stata pubblicata sulla prestigiosa rivista Science.
In cosa consisteva?
Nel 1952, Stanley Miller e Harold Urey progettarono un protocollo sperimentale per simulare un ambiente primitivo in un ingegnoso sistema di tubi di vetro ed elettrodi di loro stessa costruzione.
Il sistema consisteva in una fiaschetta d'acqua, analoga all'oceano primitivo. Collegato a quella fiaschetta c'era un altro con i componenti del presunto ambiente prebiotico.
Miller e Urey hanno utilizzato i seguenti rapporti per ricrearlo: 200 mmHg di metano (CH 4 ), 100 mmHg di idrogeno (H 2 ), 200 mmHg di ammoniaca (NH 3 ) e 200 ml di acqua (H 2 O).
Il sistema aveva anche un condensatore, il cui compito era quello di raffreddare i gas come farebbe normalmente la pioggia. Allo stesso modo, hanno integrato due elettrodi in grado di produrre alte tensioni, con l'obiettivo di creare molecole altamente reattive che favorirebbero la formazione di molecole complesse.
Queste scintille hanno cercato di simulare possibili fulmini e fulmini dall'ambiente prebiotico. L'apparecchio terminava con una parte a forma di "U" che impediva al vapore di viaggiare in senso inverso.
L'esperimento ha ricevuto scosse elettriche per una settimana, nello stesso momento in cui l'acqua è stata riscaldata. Il processo di riscaldamento simulava l'energia solare.
risultati
I primi giorni la miscela dell'esperimento era completamente pulita. Con il passare dei giorni la miscela ha iniziato ad assumere un colore rossastro. Alla fine dell'esperimento, questo liquido ha assunto un colore rosso intenso quasi marrone e la sua viscosità è aumentata notevolmente.
L'esperimento ha raggiunto il suo obiettivo principale e molecole organiche complesse sono state generate dagli ipotetici componenti dell'atmosfera primordiale (metano, ammoniaca, idrogeno e vapore acqueo).
I ricercatori sono stati in grado di identificare tracce di aminoacidi, come glicina, alanina, acido aspartico e acido ammino-n-butirrico, che sono i componenti principali delle proteine.
Il successo di questo esperimento ha contribuito ad altri ricercatori che continuano a esplorare l'origine delle molecole organiche. Aggiungendo modifiche al protocollo Miller e Urey, i venti amminoacidi noti sono stati ricreati.
Potrebbero essere generati anche nucleotidi, che sono i mattoni fondamentali del materiale genetico: DNA (acido desossiribonucleico) e RNA (acido ribonucleico).
Importanza
L'esperimento è riuscito a verificare sperimentalmente l'aspetto di molecole organiche e propone uno scenario abbastanza interessante per spiegare la possibile origine della vita.
Tuttavia, viene creato un dilemma intrinseco, poiché la molecola di DNA è necessaria per la sintesi di proteine e RNA. Ricordiamoci che il dogma centrale della biologia propone che il DNA venga trascritto in RNA e questo venga trascritto in proteine (sono note eccezioni a questa premessa, come i retrovirus).
Allora come si formano queste biomolecole dai loro monomeri (amminoacidi e nucleotidi) senza la presenza di DNA?
Fortunatamente, la scoperta dei ribozimi è riuscita a chiarire questo apparente paradosso. Queste molecole sono RNA catalitici. Questo risolve il problema poiché la stessa molecola può catalizzare e trasportare informazioni genetiche. Questo è il motivo per cui esiste l'ipotesi del mondo primitivo dell'RNA.
Lo stesso RNA può replicarsi e partecipare alla formazione delle proteine. Il DNA può venire in un modo secondario ed essere selezionato come molecola di ereditarietà sull'RNA.
Questo fatto potrebbe verificarsi per diversi motivi, principalmente perché il DNA è meno reattivo e più stabile dell'RNA.
conclusioni
La conclusione principale di questo disegno sperimentale può essere riassunta con la seguente affermazione: molecole organiche complesse potrebbero avere la loro origine da molecole inorganiche più semplici, se sono esposte alle condizioni della presunta atmosfera primitiva come alte tensioni, radiazioni ultraviolette e basse contenuto di ossigeno.
Inoltre, sono state trovate alcune molecole inorganiche che sono candidati ideali per la formazione di alcuni amminoacidi e nucleotidi.
L'esperimento ci permette di osservare come avrebbero potuto essere gli elementi costitutivi degli organismi viventi, assumendo che l'ambiente primitivo fosse conforme alle conclusioni descritte.
È molto probabile che il mondo prima della comparsa della vita avesse componenti più numerosi e complessi di quelli usati da Miller.
Nonostante sembri poco plausibile proporre l'origine della vita partendo da molecole così semplici, Miller ha potuto verificarlo con un sottile e ingegnoso esperimento.
Critica dell'esperimento
Ci sono ancora dibattiti e controversie sui risultati di questo esperimento e su come hanno avuto origine le prime cellule.
Si ritiene attualmente che i componenti utilizzati da Miller per formare l'atmosfera primitiva non corrispondessero alla realtà di essa. Una visione più moderna conferisce ai vulcani un ruolo importante e propone che i gas che queste strutture producano minerali.
Anche un punto chiave dell'esperimento di Miller è stato messo in discussione. Alcuni ricercatori ritengono che l'atmosfera abbia avuto scarso impatto sulla creazione di organismi viventi.
Riferimenti
- Bada, JL e Cleaves, HJ (2015). Simulazioni ab initio e esperimento di sintesi prebiotica di Miller. Atti della National Academy of Sciences, 112 (4), E342-E342.
- Campbell, NA (2001). Biologia: concetti e relazioni. Pearson Education.
- Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S., … & Cronin, L. (2017). Miller - Esperimenti di scarica di scintille di Urey nel mondo del deuterio. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194.
- Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… e Fernández, FM (2014). Condurre esperimenti Miller-Urey. Giornale di esperimenti visualizzati: JoVE, (83).
- Sadava, D. e Purves, WH (2009). Vita: la scienza della biologia. Ed. Medica panamericana