
50多年後重新發現的一個舊實驗可能證明火山(可能是化學反應在外太空中遠非原始的地球)如何在創建第一個氨基酸(生命的基礎)中發揮作用。
1953年,化學家哈羅德·烏里(Harold Urey)和斯坦利·米勒(Stanley Miller)進行了一個具有里程碑意義的實驗,旨在模仿原始條件通過將氣體混合到閃電樣電氣排放中,從而產生了第一個氨基酸。五年後,即1958年,米勒對該實驗進行了另一種變化。這次,他將硫化氫添加到混合物中,這是一種被火山噴出的氣體。 [科學家尋找地球上最早生命的跡象]但是由於某種原因,米勒從未分析硫化氫反應的產物。大約半個世紀後,米勒(Miller)的前學生杰弗裡·巴達(Jeffrey Bada)是加利福尼亞州斯克里普斯(Scripps)海洋學研究所的海洋化學家,在米勒(Miller)實驗室的一個塵土飛揚的紙板箱中發現了舊樣品,巴達(Bada)繼承了這一樣品。 (米勒於2007年去世。)
舊實驗,新分析
Bada和他的團隊使用現代的分析技術,其中包括Eric Parker,然後在Scripps,分析了該反應的產物,這些產物是小瓶中的。他們發現大量有希望的分子:23氨基酸和四種胺,另一種類型的有機分子。硫化氫的添加也導致了含硫氨基酸的產生,這對生命的化學很重要。 (其中之一是蛋氨酸,啟動了蛋白質的合成。)
The results of the experiment – which exposed a mix of volcanic gases, including hydrogen sulfide, methane, ammonia and carbon dioxide gas to an electrical discharge – tell us that volcanic eruptions coinciding with lightning may have played a role in synthesizing large quantities and a variety of biologically crucial molecules on the primitive Earth, Parker, now a graduate student at Georgia Institute of Technology, told LiveScience.
帕克說:“該實驗中使用的氣體混合物在全球早期的大氣層中可能並不普遍存在,但在更為局部的火山活動中,這可能是很普遍的。”
與Urey-Miller實驗平行
相比之下,1953年著名的Urey-Miller實驗將氫,蒸汽,甲烷和氨暴露於電氣排放中。最初的結果包括有機分子少得多 - 只有五個氨基酸。但是,巴達和他的團隊重新分析了這些舊樣品以及以前未發表的現代技術的結果,揭示了更大的生物學重要產品。
然而,1958年實驗的結果表明,在反應中添加硫化氫會富集產生的有機分子的混合物。
帕克說,1958年的反應 - 還摻入了二氧化碳,即早期實驗中未包含的氣體 - 創造了一種更像地球科學家現在認為是原始地球氣氛的混合物。
來自外太空?
結合形成蛋白質的氨基酸又不是地球獨有的。它們是在隕石上發現的,主要是從小行星獲得的樣品,從一個彗星根據Scott Sandford的說法NASA加利福尼亞州的AMES研究中心。
Bada的團隊將1958年實驗產生的氨基酸與一種含有碳富含銅礦的氨基酸(稱為碳質鉻鐵礦)中的氨基酸進行了比較。據信這些隕石提供了早期發生的有機反應類型的快照太陽系,巴達在一封電子郵件中告訴LiveScience。
研究人員比較了硫化氫實驗產生的氨基酸與幾種碳質鉻酸鹽所含的氨基酸。巴達寫道,有些匹配得很好,而另一些則表明硫化氫在我們早期太陽系中某些環境中的氨基酸合成中起著作用,而在其他環境中則沒有。他說,儘管隕石都來自我們的太陽系,但在宇宙其他地方的其他太陽系中會產生相同的結果。
桑福德告訴《生命科學》,有一個理論認為,當他們從太空到達地球時,地球上的生命從有機分子開始了。他補充說,毫無疑問,太空為陸地生命提供了許多分子構建塊,但問題是分子在開始生命中發揮的作用。
桑福德說:“最後,如果生活試圖開始,我的猜測是,這個過程對分子的來源不是很挑剔。” “ [早期生命]不在乎該氨基酸是在太空中形成的還是地球大氣中的雷擊或從水熱通風口出來…因此,最後,從各種來源獲取構建基金會的情況下,生活可能是開始的。 ”
Sandford的工作涉及模擬在許多空間中發現的IC(包括彗星)的冰,其中包含類似於Urey-Miller實驗中使用的分子,並用電離輻射轟擊它們。就像被認為是在原始地球上發生的反應一樣,這些模擬的宇宙冰反應合成了氨基酸。
他說:“在某種程度上,只要您擁有正確的元素和能量,宇宙似乎很難產生氨基酸。”
臭科學史
目前尚不清楚米勒為什麼從未分析他通過氫硫化物實驗生產的樣品,但帕克推測它可能與硫化氫的腐爛氣味。
帕克說:“當我手工工作時,我可以自己聞到它們的味道。” “它並不是那麼強大,以至於它壓倒了,但是足夠強大,可以說服我不要再把鼻子粘在面前。”
但是,除了令人不愉快的氣味之外,這種經歷令人難忘。
帕克說:“將樣品小瓶握在手中,看一下標籤上的史丹利·米勒的筆蹟有點超現實。” “這是一個非常獨特的機會,可以回到過去,看看他的所作所為,並能夠使用現代分析技術來分析50多年來生產的樣本並查看其今天仍然包含的樣本。”
他們的作品本週發表在《美國國家科學院》的《雜誌論文集》上。
您可以關注生活學 作家Wynne Parry在Twitter上@Wynne_Parry。