İçeriğe atla

Miller-Urey deneyi

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Miller-Urey Deneyi.

Miller-Urey Deneyi[1](Urey-Miller Deneyi[2]de denir)kimyasal evriminoluşumunu denemek üzere, 1952'deki bilimsel görüşe göre dünyanın ilk zamanlarında var olduğu koşullarınbenzetimyöntemiyle oluşturulduğu birdeneydi.Bu deney, özellikleAleksandr Ivanovich OparinveJ.B.S. Haldane'in, ilkel dünya üzerindeki koşullarda var olaninorganiköncüllerinin kimyasal tepkimeler yoluylaorganik bileşiklerisentezlediğihipotezinisınamak içindi.Abiyogenezkonusunda klasik bir deney olduğu kabul edilen bu deney, 1952 yılındaStanley Lloyd MillerveHarold UreytarafındanChicago Üniversitesi'nde yapılmıştı.[3][4][5]

2008 yılının Ekim ayında, yeniden analizi[6]yapılan deneyin malzemelerinin, düzenek içinde 5 değil, 22 taneamino asitürettiği yayınlanır.[7]Bu düzeneğin, şimşek oluşturan bir volkan püskürmesininbenzetiminioluşturduğu sanılmaktadır. Bu yeni sonuçlar,organik moleküllerininorganiktepkimelerin sonuçlarıyla sentezlenebileceğine ilişkin güçlü kanıtlar göstermiştir. Daha yakın tarihli kanıtlar, Dünya'nın orijinal atmosferinin Miller deneyinde kullanılan gazdan farklı bir bileşime sahip olabileceğini düşündürmektedir, ancak prebiyotik deneyler, değişen koşullar altında basit ila karmaşık bileşiklerin (siyanürgibi)rasemik karışımlarınıüretmeye devam etmektedir.[8]

Deney ve yorumu[değiştir|kaynağı değiştir]

Deney,su(H2O),metan(CH4),amonyak(NH3),hidrojen(H2) vekarbon monoksit(CO) ile yapılmıştır. Bu kimyasallar,sterilcam tüp ve kaplar dizgesi içinde, dış ortamdan yalıtılmış olarak bulunuyordu. Bir cam kap yarısına kadar sıvı haldeki su ile doluydu, diğer bir cam kapta ise bir çiftelektrotvardı. Su ısıtılarakbuharlaşmasağlanmıştı, elektrotlar arasında ise kıvılcımlar çakması sağlanarak dünyanınatmosferindekiyıldırımlarınve su buharınınbenzetiminisağlanmıştı. Daha sonra atmosfer tekrar soğutularak suyunyoğuşmasıve damlalar halinde ilk kaba geri dönmesi ve sürekli bir döngü içinde olması sağlanmıştı.

Bir haftalık sürekli bir işlemin ardından Miller ve Urey sistemin içindekikarbonunen az %10-15 kadar bir kısmınınorganik bileşikoluşturduğunu gözlemlemişlerdi. Karbonun yüzde iki kadar bir kısmının da, canlıların hücrelerini oluşturanproteinlerinoluşumunda kullanılanamino asitleri,bol olarak daglisininoluşturduğunu görmüşlerdi.Şekerler,lipitlervenükleik asitlerinbazı yapıtaşları da oluşmuştu.

Bir röportajda Stanley Miller, "Basit birprebiyotikdeneyde kıvılcım oluşturmak bile 20 amino asidin 11'inin ortaya çıkmasını sağlar. "demiştir.

Ardından yapılan bütün deneylerde de gözlendiği gibi, hem sol hem de sağoptik isomerler"rasemik"karışımın içinde yaratılmıştır.

Diğer deneyler[değiştir|kaynağı değiştir]

Bu deney birçok başka deneye esin kaynağı olmuştur. 1963'teJoan Oró,su çözeltisi içinde bulunanhidrojen siyanür(HCN) ve amonyaktan amino asitler üretilebileceğini bulmuştur.[9]Aynı zamanda deneyinde, büyük miktardanükleotidbazlıadeninüretildiğini de görmüştür.[10]Daha sonra gerçekleştirilen deneyler göstermiştir ki, diğerRNAveDNAbazları da "indirgen atmosfer" ortamında,benzetimliprebiyotik kimyasal tepkimeyle elde edilebilir.[11]

Miller-Urey deneyinin yapıldığı dönemdeYaşamın kökenineilişkin benzer elektrik boşalımı deneyleri yapılmıştı. 8 Mart 1953 tarihliThe New York Timesgazetesinde yayınlanan "Looking Back Two Billion Years" (İki Milyar Yıl Geriye Bakmak) isimli makale, Mayıs 1953'te Miller "Science" dergisinde akademik makalesini yayınlamadan önce, Wollman (William) M. MacNevin'inOhio State Üniversitesi'ndeki çalışmasını anlatır. MacNevin 100.000 voltluk kıvılcımları metan ve su buharından geçirip "incelemesi çok zor olan katı resinler" elde etmekteydi. Aynı makalede MacNevin'in dünyanın ilk dönemlerine ilişkin deneyleri de anlatılmaktaydı. Bu deneylerden elde ettiği sonuçları bilimsel makale olarak yayınlayıp yayınlamadığı bilinmemektedir.

K. A. Wilde'ın 15 Aralık 1952 tarihinde, 14 Şubat 1953'te Miller'inSciencedergisine makalesini vermeden önce, dergiye yolladığı makalesi 10 Temmuz 1953'te yayınlanmıştır.[12]Wilde, bir akış sistemi üzerinde bulunan, karşılıklı iki karbon dioksit (CO2) ve su (H2O) karışımları üzerinde sadece 600 volta kadar çıkan akım kullanmıştır. Sadece az miktarda karbon dioksitin karbon monoksiteindirgendiğinigözlemlemiş, başka önemli bir indirgeme veya yeni oluşan karbon bileşimi elde etmemiştir.

Jeffrey Bada tarafındanScripps Institution of Oceanography,La Jolla,Kaliforniya'da, daha yakın zamanlarda yapılan deneyler Miller'in deneylerine benzer. Ne var ki, Bada'nın gösterdiği üzere, şimdiki modellerde oluşturulan ilk dönem dünya koşullarında karbon dioksit veazot(N2)nitritlerioluşturmakta, bunlar da amino asitleri oluşur oluşmaz bozmaktadır. Bu durumda, ilk dönem dünyasında nitritlerin etkisininötralizeedecek önemli miktarlarda demir vekarbonat mineralleriolmalıydı. Bada, Miller'in benzeri deneyini demir ve karbonat mineralleri ekleyerek yinelediğinde sonuç ürünleri zengin amino asitler içeriyordu. Bu deneyin çıkarımına göre, karbon dioksit ve azot içeren bir atmosferi olan bir dünyada bile önemli miktarda amino asit kökeni oluşmuş olabilirdi.[13]

2006'da başka bir deney de ilk dönem dünyasının organik bir sis tabakasıyla örtülü olabileceğini göstermiştir.[14]İlk dönem dünyasında geniş bir alanı kaplayan metan ve karbon dioksit yoğunlukları üzerinde organik sis tabakası oluştuğu düşünülmektedir. Bu oluşumdan sonra, organik moleküller bütün dünyanın yüzeyine inerek yerkürenin her yerinde yaşamı başlatmış olmalıdır.[15]

Deneyin kimyası[değiştir|kaynağı değiştir]

Tepkime karışımında ilk adımdahidrojen siyanürün(HCN),formaldehid[16][17]ve aktif ara bileşimlerin (asetilen,siyanoasetilen,vb.) oluştuğu bilinmektedir:

CO2→ CO + [O] (atomik oksijen)
CH4+ 2[O] → CH2O + H2O
CO + NH3→ HCN + H2O
CH4+ NH3→ HCN + 3H2(BMA prosesi)

Bu bileşimler daha sonra amino asit oluşumlarıyla ve diğer biyomoleküllerle tepkimeye girerler (Stecker sentezi).

CH2O + HCN + NH3→ NH2-CH2-CN + H2O
NH2-CH2-CN + 2H2O → NH3+ NH2-CH2-COOH (glisin)

Erken dönemde Dünya'nın atmosferi[değiştir|kaynağı değiştir]

Bazı kanıtların ışığında, dünyanın ilk atmosferinde var olanindirgen moleküllerinmiktarı Miller-Urey Deneyi'nin yapıldığı zaman sanıldığından daha az olduğu düşünülmektedir. 4 milyar yıl önce, atmosfere karbon dioksit, nitrojen,hidrojen sülfit(H2S) veKükürt dioksit(SO2) salınımı yapan çok büyük volkanik patlamaların olduğunu destekleyen birçok kanıt vardır. Bu gazları Miller-Urey'in ilk deneylerindeki gazlarla beraber kullanan deneylerde çok daha farklı sonuçlar elde edilmiştir. Bu deney rasemik (hem L hem de Denantiyomerleriolan) bir karışım yaratarak "laboratuvarda her iki versiyonun da çıkmasının olası" olduğunu göstermiştir.[18]Buna rağmen, doğada L amino asitleri daha baskındır. Sonraki deneyler orantısız miktarlarda L ve D yönelimli enantiyomerlerin olasılığını onamıştır.[19]

İlk başlarda ilkel ikincil atmosferin çoğunlukla amonyak ve metan içerdiği düşünülürdü. Ne var ki, atmosferdeki karbonun çok büyük bir kısmı, belki biraz karbon monoksitle birlikte karbon dioksit CO2ve çoğunlukla nitrojen N2idi. Uygulamada; CO, CO2,N2,vb. içeren gaz karışımları, aralarında O2olmaması koşuluyla, CH4ve NH3gaz karışımlarıyla aynı ürünleri ortaya çıkarırlar. Hidrojen atomları çoğunlukla su buharından gelir. Aslında,aromatik amino asitleriilkel dünya koşullarında üretmek için hidrojence zengin olmayan gaz karışımlarını kullanmak gerekir. Doğal amino asitler,hidroksiasitler,pürinler,pirimidinlerve şekerlerin çoğu Miller deneylerinin değişik örneklerinde elde edilmiştir.[20]

Yakın tarihli sonuçlar bu çıkarımları sorgulamaktadır.Waterloo ÜniversitesiveKolorado Üniversitesi2005 yılında yaptıklarıbenzetimmodelleriyle, dünyanın ilk atmosferinin en fazla %40 hidrojen içerdiğine, yani prebiyotik organik moleküllerin oluşumuna çok daha uygun bir çevre oluşturduğuna dikkati çektiler. Atmosferin üst katmanlarının sıcaklığı konusundaki tahminler yeniden gözden geçirildiğinde, dünyanın atmosferinden uzaya dağılan hidrojenin miktarının daha önce düşünülenin sadece yüzde biri olduğu sonucuna varıldı.[21]Yazarlardan Owen Toon'un belirttiği gibi: "Bu yeni senaryoda ilk dönem atmosferinde organik maddeler verimli olarak üretilebilmektedir, bu da bizi organik maddelerce zengin okyanus çorbası kavramına yeniden götürür... Sanıyorum ki, Miller ve diğerlerinin deneylerini yeniden geçerli kılar." İlk dünya hakkında,kondiritmodel kullanarak yapılan açığa gaz çıkışı hesaplamaları, Waterloo/Kolorado sonuçlarını bütünleyerek Miller-Urey deneyinin yeniden önemle ele alınmasını sağlar.[22]

Bunlara rağmen, bu karışıma gaz halindekioksijeneklenirse hiçbir organik molekül oluşmaz. Miller-Urey hipotezinin karşıtları, yakın zamanda yapılan araştırmada, suda eriyik durumdaki oksijenle taşınmış olan 3.7Ga[1]15 Aralık 2011 tarihindeWayback Machinesitesindearşivlendi.yaşındakiuranyumkalıntılarının bulunmasını fırsat bilmişlerdir.[23]Bu karşıt görüşlüler, Miller-Urey benzeri bir senaryodaki gibi prebiyotik moleküllerin oluşumunun, oksijenin varlığı ile geçersiz olduğunu,abiyogenezhipotezinin geçersiz olduğunu öne sürmüşlerdir. Ama, makalenin yazarları oksijenin varlığının açık olarakfotosentezyapan organizmaların varlığını kanıtladığını söyleyerek 3.7 Ga zaman önce (ilk tahminlerden yaklaşık 200Mazaman önce[24]), Miller-Urey tepkimelerinin ve abiyogenezin olduğu zaman dilimini daha geriye çekerek geçesiz kılmayacağını söylerler. Buna rağmen, her ne kadar üzerinde tartışılsa da, atmosferdeki oksijenin çok az (%0,1'den az) bir miktarı, dünyadaki en eski kaya oluşumları kadar eskidir. Yazarlar daha önce düşünülenden erken dönemde oksijence zengin atmosferin varlığını yadsımamakta, "... Aslında çoğu kanıtın söylediği gibi, oksijenli fotosentez oksijensiz atmosferin varlığının kanıtlandığı dönemlerde vardı." demektedirler.[23]

Güneş Sistemi'nin başka kısımlarında, çoğu zaman şimşeğin yerini alanultraviyoleışığı kimyasal tepkime için itici güç olarak kullanan, Miller-Urey deneyine benzer koşullar bulunmaktadır. 1969'daMurchison, Victoria,Avustralyayakınlarına düşenMurchison meteoritinde,19'u dünyadaki yaşamda var olan, 90'ın üzerinde farklı amino asit bulunmuştu.Kuyruklu yıldızlarve diğergüneş sisteminin dışından gelen buzlu cisimlerinkendi dış yüzeylerini koyulaştıran, bu tür kimyasal süreçlerle oluşmuş, büyük miktarlarda karmaşık karbon bileşimleri (örneğintolinler) barındırdığı düşünülmektedir.[25]İlk dönem dünyası, karmaşık organik moleküller, su ve diğer kolay buharlaşabilen maddelerle dolu kuyruklu yıldızlarla bombardıman edilmekteydi.

Yakın zamanda yapılan ilişkili çalışmalar[değiştir|kaynağı değiştir]

Geçtiğimiz yıllarda, hala var olantürlerinson evrensel atasıolduğu varsayılan, birçok birbirinden çok farklıtürünorganizmasında ortak olan "eski" genlerin "eski" bölgelerindekiamino asitdizgelerinde çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalarda, o bölgelerde ortaya çıkan ürünlerin Miller-Urey deneylerinde üreyen amino asitlerce zengin olduğunu ortaya koymuştur. Bu duruma göre kök genetik kodun temeli şimdikine değil, sadece prebiyotik doğada bulunabilen, daha az sayıdaki amino asitlere dayalıdır.[26]

2008'de, bir grup bilim insanı Miller'in 1950'lerin başında yaptığı deneyinden arta kalan deney kaplarını inceledi. Klasik deneyin yanı sıra Miller,Charles Darwin'in "ılık küçük gölet" ini çağrıştıran, aralandavolkanikpatlamaların bir benzeri olan, daha birçok deney yapmıştı. Bu deneyde boşalan elektrik akımının üzerine basınçlı buhar püskürten bir hortum ucu vardı. Yüksek performanslı sıvıkromatografivekütle spektrometrisikullanarak Miller'in bulduğundan daha fazla organik molekül buldular. En ilginci, volkan benzeri deneyin en fazla organik molekülü, 22 amino asit, 5aminve elektriklenmiş buharın ürettiğihidroksil radikallerceüretilmiş olduğu sanılan birçokhidroksilatlımolekülü ürettiğini gördüler. Bilim adamları bu nedenle volkanik adaların organik moleküllerce zengin olduğunu öne sürerek,karbonil sülfitinvarlığının bu moleküllerinpeptitlerioluşturmasına yardımcı olduğunu belirttiler.[6][27]

Ayrıca bakınız[değiştir|kaynağı değiştir]

Dış bağlantılar[değiştir|kaynağı değiştir]

Kaynakça[değiştir|kaynağı değiştir]

  1. ^Hill HG, Nuth JA (2003). "The catalytic potential of cosmic dust: implications for prebiotic chemistry in the solar nebula and other protoplanetary systems".Astrobiology.3(2). ss. 291-304.doi:10.1089/153110703769016389.PMID14577878.
  2. ^Balm SP, Hare JP, Kroto HW (1991). "The analysis of comet mass spectrometric data".Space Science Reviews.Cilt 56. ss. 185-9.doi:10.1007/BF00178408.
  3. ^Miller, Stanley L. (Mayıs 1953)."Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions"(PDF).Science.Cilt 117. s. 528.doi:10.1126/science.117.3046.528.PMID13056598.28 Şubat 2008 tarihindekaynağından(PDF)arşivlendi.Erişim tarihi:15 Nisan2008.
  4. ^Miller, Stanley L. (Temmuz 1959)."Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth".Science.Cilt 130. s. 245.doi:10.1126/science.130.3370.245.PMID13668555.Miller states that he made "A more complete analysis of the products" in the 1953 experiment, listing additional results.
  5. ^A. Lazcano, J. L. Bada (Haziran 2004). "The 1953 Stanley L. Miller Experiment: Fifty Years of Prebiotic Organic Chemistry".Origins of Life and Evolution of Biospheres.Cilt 33. ss. 235-242.doi:10.1023/A:1024807125069.PMID14515862.
  6. ^abJohnson AP, Cleaves HJ, Dworkin JP, Glavin DP, Lazcano A, Bada JL (Ekim 2008). "The Miller volcanic spark discharge experiment".Science.322(5900). s. 404.doi:10.1126/science.1161527.PMID18927386.
  7. ^Catherine Brahic."Volcanic lightning may have sparked life on Earth – earth – 16 October 2008 – New Scientist Environment".NewScientist.20 Ekim 2008 tarihindekaynağındanarşivlendi.Erişim tarihi:17 Ekim2008.
  8. ^Bada, Jeffrey L. (11 Şubat 2013)."New insights into prebiotic chemistry from Stanley Miller's spark discharge experiments".Chemical Society Reviews(İngilizce).42(5): 2186-2196.doi:10.1039/C3CS35433D.ISSN1460-4744.24 Ekim 2022 tarihinde kaynağındanarşivlendi.Erişim tarihi:24 Ekim2022.
  9. ^Oró J, Kamat SS (Nisan 1961). "Amino-acid synthesis from hydrogen cyanide under possible primitive earth conditions".Nature.Cilt 190. ss. 442-3.doi:10.1038/190442a0.PMID13731262.
  10. ^Oró J, Kimball AP (Ağustos 1961). "Synthesis of purines under possible primitive earth conditions. I. Adenine from hydrogen cyanide".Archives of biochemistry and biophysics.Cilt 94. ss. 217-27.doi:10.1016/0003-9861(61)90033-9.PMID13731263.
  11. ^Oró J (1967). Fox SW (Ed.).Origins of Prebiological Systems and of Their Molecular Matrices.New York Academic Press. s. 137.
  12. ^Wilde, Kenneth A. (Temmuz 1953)."The Reaction Occurring in CO2,2O Mixtures in a High-Frequency Electric Arc ".Science.118(3054). ss. 43-44.doi:10.1126/science.118.3054.43-a.PMID13076175.21 Haziran 2009 tarihinde kaynağındanarşivlendi.Erişim tarihi:9 Temmuz2008.
  13. ^Fox, Douglas (28 Mart 2007),"Primordial Soup's On: Scientists Repeat Evolution's Most Famous Experiment",Scientific American,History of Science, Scientific American Inc., 29 Mayıs 2020 tarihinde kaynağındanarşivlendi,erişim tarihi:9 Temmuz2008
  14. ^Trainer, Melissa G. (Kasım 2006)."Organic haze on Titan and the early Earth".Proceedings of the National Academy of Sciences.103(48). ss. 18035-18042.doi:10.1073/pnas.0608561103.PMID17101962.24 Temmuz 2012 tarihinde kaynağındanarşivlendi.Erişim tarihi:9 Temmuz2008.
  15. ^Hayes, Jacqui (7 Kasım 2006),"Hazy origins of life on Earth",Cosmos,Luna Media Pty Ltd, 11 Şubat 2007 tarihindekaynağındanarşivlendi,erişim tarihi:9 Temmuz2008
  16. ^http://www.geocities.com/capecanaveral/lab/2948/orgel.html27 Kasım 1999 tarihindeWayback Machinesitesindearşivlendi.Origin of Life on Earth by Leslie E. Orgel
  17. ^http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11860&page=857 Haziran 2011 tarihindeWayback Machinesitesindearşivlendi.Exploring Organic Environments in the Solar System (2007)
  18. ^"Right-handed amino acids were left behind",New Scientist,Reed Business Information Ltd (2554), s. 18, 2 Haziran 2006, 24 Ekim 2008 tarihinde kaynağındanarşivlendi,erişim tarihi:9 Temmuz2008
  19. ^Kojo, Shosuke (Ekim 2004). "Racemic D,L-asparagine causes enantiomeric excess of other coexisting racemic D,L-amino acids during recrystallization: a hypothesis accounting for the origin of L-amino acids in the biosphere".Chemical Communications,19.ss. 2146-2147.doi:10.1039/b409941a.PMID15467844.
  20. ^"MICR 425: PHYSIOLOGY & BIOCHEMISTRY of MICROORGANISMS: The Origin of Life".SIUC / College of Science. 21 Temmuz 2011 tarihindekaynağındanarşivlendi.Erişim tarihi: 17 Aralık 2005.
  21. ^"Early Earth atmosphere favourable to life: study".University of Waterloo. 27 Mayıs 2012 tarihindekaynağındanarşivlendi.Erişim tarihi: 17 Aralık 2005.
  22. ^Fitzpatrick, Tony (2005)."Calculations favor reducing atmosphere for early earth – Was Miller–Urey experiment correct?".Washington University in St. Louis. 21 Haziran 2009 tarihindekaynağındanarşivlendi.Erişim tarihi: 17 Aralık 2005.
  23. ^abRosing M.T. & Frei R. (2004)."U-rich Archaean sea-floor sediments from Greenland—indications of >3700 Ma oxygenic photosynthesis"(PDF).Earth and Planetary Science Letters.Cilt 217. ss. 237-244.doi:10.1016/S0012-821X(03)00609-5.30 Eylül 2009 tarihinde kaynağındanarşivlendi(PDF).Erişim tarihi: 7 Ağustos 2011.
  24. ^Windows to the Universe (1999)."The slow build up of Oxygen in the Earth's Atmosphere".University Corporation for Atmospheric Research. 16 Mart 2010 tarihindekaynağındanarşivlendi.Erişim tarihi: 17 Aralık 2005.
  25. ^Thompson WR, Murray BG, Khare BN, Sagan C (Aralık 1987). "Coloration and darkening of methane clathrate and other ices by charged particle irradiation: applications to the outer solar system".Journal of geophysical research.92(A13). ss. 14933-47.doi:10.1029/JA092iA13p14933.PMID11542127.
  26. ^Brooks D.J., Fresco J.R., Lesk A.M. & Singh M. (Ekim 2002)."Evolution of amino acid frequencies in proteins over deep time: inferred order of introduction of amino acids into the genetic code".Molecular Biology and Evolution.19(10). ss. 1645-55.PMID12270892.13 Aralık 2004 tarihindekaynağındanarşivlendi.Erişim tarihi:26 Ekim2008.
  27. ^"'Lost' Miller–Urey Experiment Created More Of Life's Building Blocks ".Science Daily. 17 Ekim 2008. 19 Ekim 2008 tarihinde kaynağındanarşivlendi.Erişim tarihi:18 Ekim2008.
"https://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Miller-Urey_deneyi&oldid=32962020"sayfasından alınmıştır