Informatie

Verklaart het Miller-Urey-experiment de oorsprong van het leven?


Volgens het Miller-Urey-experiment zou de vroege aardatmosfeer de vorming van aminozuren kunnen hebben ondersteund - en het experiment wordt geprezen als belangrijk in de verklaring voor het ontstaan ​​van leven. Ik begrijp echter niet hoe het leven kan zijn begonnen met aminozuren (of eiwitten) die zichzelf niet repliceren. Bepaalde soorten RNA repliceren zichzelf en het is aannemelijk hoe het leven van daaruit zou kunnen zijn geëvolueerd.

Maakt het uit of aminozuren voor RNA kwamen als ze dat deden? Is het juist om aan te nemen dat het leven in de RNA-wereld op de een of andere manier heeft geleerd aminozuren te gebruiken?


Dit is een veel voorkomende vraag. Ik denk dat het experiment en de conclusies ervan vaak verkeerd worden begrepen.

Oorspronkelijk was de nulhypothese dat de ingrediënten voor het leven niet spontaan konden ontstaan ​​uit inerte, anorganische moleculen. Er was geen bewijs dat strikt fysieke, niet-biologische processen verbindingen konden produceren die nodig waren voor het eiwitachtige leven zoals wij dat kennen. Met andere woorden, abiogenese werd daarom niet ondersteund door enige lijn van positief bewijs ... tot het Miller-Urey-experiment. Het experiment toonde aan dat de ingrediënten kunnen ontstaan ​​door plausibele, natuurlijke omstandigheden voorafgaand aan het bestaan ​​van leven! Het overbrugt de kloof tussen inerte, anorganische, niet-biologische en de rijke soep van complexe moleculen die - aantoonbaar - nodig zou zijn om iets als abiogenese zelfs maar een overweging te laten zijn op basis van empirische observatie.

Natuurlijk is de aanwezigheid van aminozuren geen bewijs voor de abiogene oorsprong van het leven. Het leven bestaat niet alleen uit eiwitten of aminozuren. Maar aantonen dat complexe biologische ingrediëntenchemie spontaan in grote hoeveelheden voorkomt - dat klinkt als een geweldig startpunt voor een abiogene oorsprong van het leven! Dat is echt alles wat het experiment heeft bereikt. In zijn historische context is het een zeer indrukwekkende ontdekking, maar het is zeker geen volledige verklaring, alleen iets dat talloze biochemische verklaringen mogelijk maakt (en misschien zelfs plausibel!). Misschien kun je nu beter begrijpen waarom het biochemici opwekte en blijft opwinden die proberen de chemische oorsprong van het leven te begrijpen. Het Miller-Urey-experiment is fundamenteel.

Wat betreft de overgang van RNA naar een RNA-eiwit oorsprong van leven, ik citeer kort uit een ander antwoord elders hier:

Met betrekking tot de overgang van alleen RNA naar RNA-eiwitwereld, fungeren peptiden als co-factoren voor sommige ribozymen. Van aminozuren en peptiden is bekend dat ze in de prebiotische omgeving hebben bestaan ​​en in de ruimte zijn gevonden (glycine is gevonden in kometen, samen met andere 70 aminozuren).


Het Miller-Urey-experiment verklaart niet de oorsprong van het leven. Het stelt gewoon een plausibele manier voor om leven te ontwikkelen uit organische materie, als onderdeel van het abiogenese-model van de oorsprong van het leven. Een betere benadering om de theorieën over de oorsprong van het leven te begrijpen, is zoeken naar een context.

Door de cellulaire theorie weten we al dat cellen het hoofdbestanddeel van organismen zijn en dat alleen cellen andere cellen kunnen voortbrengen. Het onderzoek is dus gericht op het vinden van een manier om ten minste één cel te maken. Op basis van bekende verbindingen zouden cellen kunnen worden gemodelleerd als een set autogereguleerde biomoleculen. Slechts twee ervan worden expliciet gebruikt voor replicatie: nucleïnezuur en eiwitten. Als je nadenkt over deze twee componenten, stelt het Miller-Urey-experiment slechts een manier voor om eenvoudige eiwitten te ontwikkelen uit aminozuren en aminozuren uit anorganische materie. Verbazingwekkend, maar niet genoeg om de complexiteit van werkelijke eiwitten en enzymen te verklaren.

Maar er zijn andere theorieën en feiten die goed werken met dit experiment. Sommige niet-vertaalde olygopeptiden hebben intracellulaire functies. De wereldtheorie van PAK's stelt een manier voor om stikstofhoudende basen te ontwikkelen uit aromatische koolwaterstoffen. Deze basen zijn voorlopers voor RNA's en DNA's. De RNA-wereldhypothese stelt een manier vast om leven te ontwikkelen uit RNA en niet uit DNA of eiwitten. De fosfolipide dubbellaag heeft enkele gemeenschappelijke patronen met micellen en al deze mechanismen zouden deel uitmaken van de Last Universal Common Ancestor (LUCA). Maar er is geen bewijs voor de relaties tussen deze theorieën en misschien zijn er gewoon te simpele dingen om het leven te verklaren.

Misschien was de eerste cel uit de ruimte gekomen, waar een voorlopige versie van de krebs-cyclus is gedemonstreerd om te werken. We zouden het kunnen beschouwen als "biogenese" totdat "abiogenese" kon worden aangetoond.


Vroege denkers

Ongeveer 2.600 jaar geleden, in de Ionische stad Miletus (Figuur 2), dacht de natuurfilosoof Anaximander (ca. 610-546 vGT) na hoe menselijke baby's volkomen hulpeloos werden geboren. Zonder hun ouders hadden jonge mensen geen kans om te overleven en de staat van hulpeloosheid hield jarenlang aan. Die realiteit zorgde voor een dilemma bij het beschouwen van de eerste generatie mensen, die, veronderstelde Anaximander, als baby's moet zijn begonnen. Om op te groeien en hun eigen baby's te krijgen, moeten menselijke voorouders in het verre verleden onafhankelijker zijn geweest als pasgeborenen, redeneerde Anaximander. Ze moeten meer op bepaalde andere dieren hebben geleken waarvan de jongen klaar zijn om op zichzelf te overleven.

Figuur 2: Locatie van Miletus aan de westkust van Anatolië, wat nu deel uitmaakt van het moderne Turkije. Miletus was de thuisbasis van drie oude filosofen: Thales, Anaximander en Anaximenes.

Gezien de verschillende dieren besloot Anaximander dat de voorouders van mensen vissen moesten zijn. In tegenstelling tot zoogdieren, die hun moeder nodig hadden om in het leven te beginnen, komen vissen gewoon uit hun eieren en sterven of overleven. Dit betekent dat verre menselijke voorouders als baby konden overleven als ze meer op vissen dan op mensen leken.

Zelfs in de tijd van Anaximander zagen mensen skeletten van lang geleden overleden wezens. Fossielen van uitgestorven leven werden gevonden lang voordat paleontologen ze gingen zoeken. De oude Grieken leefden bij de zee, en vaak spoelde de zee skeletten aan of erodeerde de grond om begraven botten bloot te leggen. Anaximander leefde in deze omgeving en had een algemeen idee van de anatomie van het skelet en hoe het vergelijkbaar en verschillend was tussen mensen en andere dieren. Daarom besloot hij dat de overgang van vis naar mens geleidelijk moet zijn gegaan. Met andere woorden, mensen stamden af ​​van vissen via een evolutionair proces.

Aangezien Anaximander geen idee had hoe de schijnbare evolutie van vis naar mens had plaatsgevonden, was het geen vroege vorm van Darwins theorie van natuurlijke selectie. Maar het was het begin van de gedachte dat het leven op aarde begon met kleine organismen. Het idee van Anaximander leidde al snel tot het idee dat kleine organismen door een natuurlijk proces werden gegenereerd uit niet-levende materie, zoals de modder op de bodem van de zee.

In de loop van de volgende eeuwen ontwikkelden en veranderden Griekse denkers zoals Anaximenes (588-524 vGT), Xenophanes (576-480), Empedocles (495-435), Democritus (460-370) en tenslotte Aristoteles (384-322) de spontaan generatie-idee zodat het overeenkwam met wat mensen vaak op het land zagen. Boeren die graan in een open bak achterlieten, merkten dat er al snel muizen verschenen, alsof het graan de muizen voortbracht. Mensen die vlees onbeheerd achterlieten, keerden terug om maden te vinden die het vlees besmetten, alsof het vlees de maden voortbracht.

Welke observatie bracht Anaximander ertoe te veronderstellen dat mensen uit vissen kwamen?

Spontane generatie testen

Tegen de 18e en 19e eeuw was het oudere Griekse idee van spontane generatie goed geworteld in de hoofden van iedereen die waagde te denken dat de oorsprong van het leven misschien niet de goden vereiste. En levend in een tijd waarin de wetenschap volwassen werd, begonnen sommige vroegmoderne denkers spontane generatie minder als een filosofie en meer als een wetenschappelijke hypothese te behandelen. Geleidelijk aan begonnen ze het idee te onderwerpen aan wetenschappelijke experimenten.

Een vroege poging om spontane generatie te testen vond plaats in de 17e eeuw, toen de Italiaanse wetenschapper Francesco Redi (ca. 1626-1697) het fenomeen vleesmagen zorgvuldig bestudeerde. Nadat hij vlees in een open pot had achtergelaten, merkte hij op dat er inderdaad maden verschenen en dat de maden zich vervolgens ontwikkelden tot vliegen, die vervolgens wegvlogen. Toen hij echter vlees in een verzegelde pot liet, kwamen de maden niet tevoorschijn. Ook kwamen er geen maden te voorschijn toen hij het vlees in een pot liet die bedekt was met een gaaszeef, een voorzorgsmaatregel die hij nam voor het geval dat spontane generatie om de een of andere reden frisse lucht nodig had. In de terminologie van de hedendaagse wetenschap zeggen we dat de met gaas bedekte pot "controleerde op" de mogelijkheid dat spontane generatie frisse lucht nodig had (Figuur 3).

Figuur 3: Francesco Redi's spontane generatie-experiment met potten vlees. In de eerste pot, met het vlees aan de binnenkant afgesloten met een stop, verschenen er geen maden op het vlees in de tweede pot, bedekt met gaas, kwamen er ook geen maden op het vlees, maar in de derde pot, zonder deksel, deden maden dat wel verschijnen op het vlees en ontwikkelden zich tot vliegen.

Omdat de gaasafdekking het verschijnen van maden verhinderde, betekende dit dat de maden niet afkomstig waren van spontane generatie, maar gewoon van eieren van volwassen vliegen. Volgens de normen van experimentele methoden in de hedendaagse wetenschap was het een rudimentair experiment, maar het was zo goed als het kon met de apparatuur die in Redi's tijd beschikbaar was.

Ondanks het resultaat van zijn made-experiment, geloofde Redi nog steeds dat kleinere wezens, "galinsecten" genoemd, spontaan voortkwamen. Tegelijkertijd stelde een zich ontwikkelende uitvinding, de microscoop, wetenschappers in staat zich te concentreren op nog kleinere wezens: micro-organismen. Met behulp van zijn microscoop merkte een Engelse onderzoeker, John Needham, op dat bouillon gemaakt van vlees wemelt van de micro-organismen, dus stelde hij de spontane generatie op zijn eigen test (zie onze module Experimenteren in Wetenschappelijk Onderzoek). Needham verwarmde een fles bouillon om eventuele micro-organismen te doden en liet de fles een paar dagen staan. Vervolgens bekeek hij de bouillon onder de microscoop en ontdekte dat, ondanks de eerdere verhitting, de bouillon weer micro-organismen bevatte (Figuur 4a).

Figuur 4a: Het spontane generatie-experiment van Needham. Needham verwarmde de bouillon, liet hem enkele dagen onbedekt staan ​​en observeerde toen micro-organismen in de vloeistof.

In de geest van Needham suggereerde deze bevinding dat de levenloze bouillon tot leven had geleid. Maar een andere wetenschapper, een Italiaan genaamd Lazzaro Spallanzani, dacht dat Needham iets verkeerd moest hebben gedaan. Misschien had hij de bouillon niet lang genoeg verwarmd tot een temperatuur die hoog genoeg was. Om daar achter te komen, voerde Spallanzani zijn eigen experiment uit. Hij kookte bouillon in twee flessen, liet één fles open en één gesloten, en ontdekte dat nieuwe micro-organismen alleen in de open fles verschenen. Zijn conclusie: de micro-organismen kwamen de fles binnen via de lucht, ze werden niet spontaan gegenereerd in de bouillon (Figuur 4b).

Figuur 4b: Spallanzani voerde het experiment van Needham uit, maar testte ook een fles bouillon die na het koken werd gesloten. Hij ontdekte dat er geen micro-organismen groeiden in de gesloten fles.

Experimenten die de spontane generatie van leven schenen te bewijzen of te weerleggen, gingen nog een eeuw door. Vanwege het verschil tussen gesloten en open vaten, concentreerden de argumenten zich op de mogelijkheid dat spontane generatie van leven verse lucht nodig zou kunnen hebben. Gebrek aan lucht in de gesloten fles van Spallanzani kan dus een factor zijn geweest die de resultaten heeft verward. Deze mogelijkheid trok de aandacht van de beroemdste microbioloog van de 19e eeuw: Darwins tijdgenoot Louis Pasteur.

Pasteur voelde zich aangetrokken tot de kwestie, maar toen hij er eenmaal bij betrokken was, wist hij dat hij moest controleren op de mogelijkheid dat lucht nodig was om leven te genereren uit niet-levende materie. Om dit te doen, ontwierp hij kolven met lange, speciaal gebogen, zwanenhalzen. Hierdoor kon gesteriliseerde bouillon van buitenaf worden blootgesteld aan frisse lucht, maar eventuele micro-organismen uit de lucht zouden worden opgesloten in een plas water in de nek. (Zie onze module Experimenteren in Wetenschappelijk Onderzoek voor meer informatie over het ontwerpen van experimenten.)

De gesteriliseerde bouillons in de speciale kolven van Pasteur raakten niet besmet met micro-organismen ondanks blootstelling aan frisse lucht (Figuur 5). En zo, na een run van meer dan 24 eeuwen, werd de hypothese van spontane generatie eindelijk tot rust gebracht.

Figuur 5: Pasteur ontwierp kolven met lange, zwaanachtige halzen waardoor de gesteriliseerde bouillon kon interageren met frisse lucht, maar micro-organismen opsloten in de gebogen hals van de kolf.

Dit betekende dat wetenschappers niet langer dachten dat micro-organismen, of kleine dieren, plotseling zonder ouders konden ontstaan, maar het weerhield mensen er niet van na te denken over leven dat voortkomt uit niet-levende materie. Pasteur's publicatie van zijn experimentele resultaten die de spontane generatie van micro-organismen weerlegden, kwam in hetzelfde jaar als die van Darwin Oorsprong der soorten. Dit zorgde voor een paradox. Over de hele wereld waren wetenschappers er vrij zeker van dat evolutie echt heeft plaatsgevonden, dat alle moderne soorten uiteindelijk voortkwamen uit reeds bestaande, levende vormen. Wat betreft de vraag hoe het leven in de eerste plaats begon, hadden wetenschappers zojuist de enige verklaring die ze hadden weerlegd.

Darwins vijveridee was volledig speculatief. Er was geen manier om het te testen zoals hij natuurlijke selectie testte door jarenlange observatie van talloze soorten. En dus, als het ging om de initiatie van het leven zelf, waren wetenschappers uit Darwins tijd stomverbaasd. Het enige wat ze konden doen was hun handen in de lucht steken, of het toeschrijven aan de scheppingsverhalen van hun religies.

De experimenten van Spallanzani met bouillon in flessen toonden aan dat micro-organismen


Chemosynthetische theorie over de oorsprong van het leven

De aarde is ongeveer vijf miljard jaar geleden gevormd. Op dat moment was het extreem warm. Het bestaan ​​van leven in welke vorm dan ook bij die hoge temperatuur was niet mogelijk.

Oorsprong van het leven betekent het verschijnen van het eenvoudigste oorspronkelijke leven uit niet-levende materie. Evolutie van het leven betekent de geleidelijke vorming van complexe organismen uit eenvoudigere.

Er zijn verschillende theorieën naar voren gebracht om de oorsprong van het leven te verklaren. De algemeen aanvaarde theorie is de chemosynthetische theorie over de oorsprong van het leven, voorgesteld door A.I. Oparin. Het stelt dat het leven in het begin op aarde zou kunnen zijn ontstaan ​​door een reeks combinaties van chemische stoffen in het verre verleden en het gebeurde allemaal in water.

De aarde is ongeveer 5 miljard jaar geleden ontstaan. Het bestond aanvankelijk uit hete gassen en dampen van verschillende chemicaliën. Geleidelijk koelde het af en vormde zich een stevige korst.

De vroege atmosfeer bevatte ammoniak (NH3), waterdamp (H2O), waterstof (H2), methaan (CH4). In die tijd was er geen vrije zuurstof. Dit soort atmosfeer (met methaan, ammoniak en waterstof) is nog steeds te vinden op Jupiter en Saturnus.

Zware regens vielen op het hete oppervlak van de aarde en gedurende een zeer lange periode verschenen de waterlichamen die nog steeds warm water bevatten. Methaan en ammoniak uit de atmosfeer losten op in het water van de zeeën.

In dit water vonden chemische reacties plaats die leidden tot aminozuren, stikstofbasen, suikers en vetzuren die verder reageerden en gecombineerd om biomoleculen van het leven te vormen, zoals eiwitten en nucleïnezuren.

Vroege atmosfeer van de aarde had geen vrije zuurstof. Chlorofyl-dragende organismen gaven later vrije zuurstof vrij, wat meer mogelijkheden gaf voor het leven om te evolueren.

Miller Urey-experiment

In 1953 zetten Stanley Miller en Harold C. Urey een experiment op met een luchtdicht apparaat waarin vier gassen (NH4, CH4, H2 en H2O) werden gedurende een week onderworpen aan een elektrische ontlading. Bij analyse van de vloeistof vonden ze er een verscheidenheid aan organische stoffen in, zoals aminozuren, ureum, azijnzuur en melkzuur.


Oorsprong van het leven op aarde

De oorsprong van het leven is een mysterie, het ultieme kip-en-ei raadsel (R Service, 2015). Toen jij en medestudenten samen de bepalende kenmerken van het leven bespraken, had je waarschijnlijk ook betrekking op reproductie en erfelijke informatie, transformatie van energie, groei en reactie op de omgeving. Je hebt misschien ook gezegd dat, tenminste op aarde, al het leven bestaat uit cellen, met membranen die de grens vormen tussen de cel en zijn omgeving, en dat cellen zijn samengesteld uit organische moleculen (samengesteld uit koolstof, waterstof, stikstof, zuurstof, fosfaat en zwavel – CHNOPS). Het raadsel is dat op aarde tegenwoordig al het leven voortkomt uit reeds bestaand leven. De experimenten van Pasteur weerlegden de spontane generatie van microbieel leven uit gekookte voedingsbouillon. Geen enkele wetenschapper is er tot nu toe in geslaagd een levende cel te maken van organische moleculen. Dus hoe kon er zo'n 3,8 miljard jaar geleden leven op aarde zijn ontstaan? (Houd rekening met de tijdschaal waar we het hier over hebben - de aarde is 4,6 miljard jaar oud, dus het duurde bijna een miljard jaar voordat chemische evolutie in biologisch leven resulteerde.) Hoe kan deze vraag worden beantwoord met behulp van de proces van wetenschappelijk onderzoek?

Oorsprong van levensstudies

Hoewel wetenschappers niet direct kunnen vaststellen hoe het leven op aarde is ontstaan, kunnen ze hypothesen formuleren en testen over natuurlijke processen die verschillende tussenstappen kunnen verklaren, in overeenstemming met het geologische bewijs. In de jaren twintig stelden Alexander Oparin en J.B.S. Haldane onafhankelijk van elkaar bijna identieke hypothesen voor over hoe het leven op aarde is ontstaan. Hun hypothese wordt nu de Oparin-Haldane-hypothese genoemd en de belangrijkste stappen zijn:

  1. vorming van organische moleculen, de bouwstenen van cellen (bijvoorbeeld aminozuren, nucleotiden, eenvoudige suikers)
  2. vorming van polymeren (langere ketens) van organische moleculen, die kunnen functioneren als enzymen om metabolische reacties uit te voeren, voor erfelijke informatie te coderen en mogelijk te repliceren (bijv. eiwitten, RNA-strengen),
  3. vorming van protocellen concentraties van organische moleculen en polymeren die metabolische reacties uitvoeren binnen een gesloten systeem, gescheiden van de omgeving door een semi-permeabel membraan, zoals een lipide dubbellaags membraan

De Oparin-Haldane-hypothese is voortdurend getest en herzien, en elke hypothese over hoe het leven begon, moet rekening houden met de 3 primaire universele vereisten voor leven: het vermogen om erfelijke informatie te reproduceren en te repliceren de omhulling in membranen om cellen te vormen het gebruik van energie om groei en voortplanting bewerkstelligen.

1. Hoe zijn organische moleculen ontstaan ​​op een prebiotische aarde?

Miller-Urey-experiment
Stanley Miller en Harold Urey testten de eerste stap van de Oparin-Haldane-hypothese door de vorming van organische moleculen uit anorganische verbindingen te onderzoeken. Hun experiment uit de jaren vijftig produceerde een aantal organische moleculen, waaronder aminozuren, die worden gemaakt en gebruikt door levende cellen om te groeien en te repliceren.

Miller-Urey-experiment, Wikimedia Commons-illustratie door Adrian Hunter

Miller en Urey gebruikten een experimentele opstelling om na te bootsen hoe de omgevingsomstandigheden op de vroege aarde waren. Een gaskamer simuleerde een atmosfeer met reducerende verbindingen (elektronendonoren) zoals methaan, ammoniak en waterstof. Elektrische vonken simuleerden bliksem om energie te leveren. In slechts ongeveer een week tijd veroorzaakte dit eenvoudige apparaat chemische reacties die een verscheidenheid aan organische moleculen produceerden, waarvan sommige de basisbouwstenen van het leven zijn, zoals aminozuren. Hoewel wetenschappers niet langer geloven dat de prebiotische aarde zo'n reducerende atmosfeer had, kunnen dergelijke reducerende omgevingen worden gevonden in diepzee hydrothermale ventilatieopeningen, die ook een energiebron hebben in de vorm van de warmte van de ventilatieopeningen. Bovendien hebben recentere experimenten - waarbij gebruik is gemaakt van omstandigheden waarvan wordt gedacht dat ze de omstandigheden van de vroege aarde beter weerspiegelen - ook een verscheidenheid aan organische moleculen geproduceerd, waaronder aminozuren en nucleotiden (de bouwstenen van RNA en DNA) (McCollom , 2013).

De onderstaande video geeft een mooi overzicht van de grondgedachte, opzet en bevindingen van het Miller-Urey-experiment (hoewel het ten onrechte overdrijft dat Darwin liet zien dat relatief eenvoudige wezens geleidelijk aan meer complexe wezens kunnen doen ontstaan).

Organische moleculen van meteoren

Elke dag wordt de aarde gebombardeerd met meteorieten en stof van kometen. Analyses van ruimtestof en meteoren die op aarde zijn geland, hebben aangetoond dat ze veel organische moleculen bevatten. Het invallen van kometenstof en meteorieten was veel groter toen de aarde jong was (4 miljard jaar geleden). Veel wetenschappers geloven dat dergelijke buitenaardse organische materie aanzienlijk heeft bijgedragen aan de organische moleculen die beschikbaar waren op het moment dat het leven op aarde begon. De onderstaande figuur uit Bernstein 2006 toont de 3 belangrijkste bronnen van organische moleculen op de aarde vóór het leven: atmosferische synthese door Miller-Urey-chemie, synthese in diepzee hydrothermale ventilatieopeningen en in-fall van organische moleculen die in de ruimte zijn gesynthetiseerd.

2. Vorming van organische polymeren

Bij een voldoende hoge concentratie van deze basische organische moleculen, zullen deze onder bepaalde omstandigheden aan elkaar worden gekoppeld om polymeren te vormen (ketens van moleculen die covalent aan elkaar zijn gebonden). Aminozuren koppelen bijvoorbeeld aan elkaar om polypeptideketens te vormen, die zich vouwen om eiwitmoleculen te worden. Ribose, een suiker met 5 koolstofatomen, kan zich binden met een stikstofbase en fosfaat tot een nucleotide. Nucleotiden koppelen aan elkaar om nucleïnezuren te vormen, zoals DNA en RNA. Hoewel dit nu wordt bereikt door enzymen in levende cellen, kan polymerisatie van organische moleculen ook worden gekatalyseerd door bepaalde soorten klei of andere soorten minerale oppervlakken. Experimenten die dit model testen, hebben RNA-moleculen tot 50 eenheden lang geproduceerd in slechts een periode van 1-2 weken (Ferris, 2006).

Enzymatische activiteit en erfelijke informatie in één polymeer: ​​de RNA World-hypothese

De ontdekking door Thomas Cech dat sommige RNA-moleculen hun eigen plaatsspecifieke splitsing kunnen katalyseren, leidde tot een Nobelprijs (voor Cech en Altman), de term '8220ribozymen” om katalytische RNA-moleculen aan te duiden, en de heropleving van een hypothese dat RNA-moleculen de oorspronkelijke erfelijke moleculen waren, die dateren van vóór het DNA. Voor onderzoekers van oorsprong van het leven was dit de mogelijkheid dat RNA-moleculen zowel konden coderen voor erfelijke informatie als hun eigen replicatie konden katalyseren. DNA als het eerste erfelijke molecuul vormde echte problemen voor onderzoekers van oorsprong van het leven, omdat DNA-replicatie eiwit-enzymen (DNA-polymerasen) en RNA-primers vereist (zie pagina over DNA-replicatie), dus het is moeilijk voor te stellen hoe zo'n complex erfelijk systeem vanaf het begin had kunnen ontstaan. Met katalytische RNA-moleculen kan een enkel molecuul of een familie van vergelijkbare moleculen mogelijk genetische informatie opslaan en zichzelf repliceren, zonder dat er in eerste instantie eiwitten nodig zijn.

Populaties van dergelijke katalytische RNA-moleculen zouden een moleculaire evolutie ondergaan die conceptueel identiek is aan biologische evolutie door natuurlijke selectie. RNA-moleculen zouden kopieën van elkaar maken, fouten maken en varianten genereren. De varianten die het meest succesvol waren in het repliceren van zichzelf (identieke of zeer vergelijkbare RNA-moleculen herkennen en deze het meest efficiënt repliceren) zouden in frequentie toenemen in de populatie van katalytische RNA-moleculen. De RNA-wereldhypothese voorziet in een fase in de oorsprong van het leven waarin zelfreplicerende RNA-moleculen uiteindelijk leidden tot de evolutie van een erfelijk systeem in de eerste cellen of protocellen. Een systeem van RNA-moleculen die coderen voor codons om aminozuren te specificeren, en tRNA-achtige moleculen die overeenkomende aminozuren overbrengen, en katalytische RNA's die peptidebindingen creëren, zou een erfelijk systeem vormen dat lijkt op de cellen van vandaag, zonder DNA.

Op een bepaald punt in de afstammingslijn die leidde tot de laatste universele gemeenschappelijke voorouder, werd DNA het geprefereerde langetermijnopslagmolecuul voor genetische informatie. DNA-moleculen zijn chemisch stabieler dan RNA (deoxyribose is chemisch inerter dan ribose). Het hebben van twee complementaire strengen betekent dat elke DNA-streng kan dienen als een sjabloon voor replicatie van zijn partnerstreng, wat een aangeboren redundantie oplevert. Deze en mogelijk andere eigenschappen gaven cellen met een erfelijk DNA-systeem een ​​selectief voordeel, zodat al het cellulaire leven op aarde DNA gebruikt om genetische informatie op te slaan en door te geven.

Toch spelen ribozymen zelfs vandaag nog een universele en centrale rol in de cellulaire informatieverwerking. Het ribosoom is een groot complex van RNA's en eiwitten dat de genetische informatie in een RNA-streng leest om eiwitten te synthetiseren. De belangrijkste katalytische activiteit, de vorming van peptidebindingen om twee aminozuren aan elkaar te koppelen, wordt gekatalyseerd door een ribosomaal RNA-molecuul. Het ribosoom is een gigantisch ribozym. Aangezien ribosomen universeel zijn voor alle cellen, moeten dergelijke katalytische RNA's aanwezig zijn geweest in de laatste universele gemeenschappelijke voorouder van al het huidige leven op aarde.

Bezoek de http://exploringorigins.org/ribozymes.html pagina om het eerste ribozym van Tetrahymena, ontdekt door Tom Cech, en de structuur van de ribosomale RNA's te bekijken.

De http://exploringorigins.org/nucleicacids.html pagina heeft video's van polymerisatie van RNA van nucleotiden, template-gerichte RNA-synthese en een model van RNA-zelfreplicatie.

De onderstaande video legt de grondgedachte uit achter de RNA-wereldhypothese en beschrijft in het kort enkele van de bevindingen van verschillende RNA-wereldexperimenten.

3. Protocellen: zelfreplicerende en metabole enzymen in een zak

Al het leven op aarde bestaat uit cellen. Cellen hebben lipidemembranen die hun innerlijke inhoud, het cytoplasma, scheiden van de omgeving. De lipidemembranen stellen cellen in staat om hoge concentraties moleculen zoals nucleotiden te behouden die nodig zijn om zelfreplicerende RNA's efficiënter te laten functioneren. Cellen behouden ook grote verschillen in concentratie (concentratiegradiënten) van ionen over het membraan om transportprocessen en cellulair energiemetabolisme aan te sturen.

Lipiden zijn hydrofoob en zullen spontaan in water assembleren om ofwel micellen ofwel lipide dubbellaagse blaasjes te vormen. Blaasjes die zelfreplicerende RNA's en andere enzymen omsluiten, reactanten opnemen over het membraan, producten exporteren, groeien door aanwas van lipidemicellen en delen door splijting van het blaasje, worden protocellen of protobionten genoemd en zijn mogelijk de voorlopers van cellulair leven.

De onderstaande video onderzoekt de verschillen tussen chemische en biologische evolutie en benadrukt protocellen als een voorbeeld van chemische evolutie.

Op welk punt zouden evolutionaire processen, zoals natuurlijke selectie, de oorsprong van de eerste cellen beginnen aan te drijven?

Biologische evolutie is beperkt tot levende organismen. Dus zodra de eerste cellen, compleet met een erfelijk systeem, waren gevormd, zouden ze onderhevig zijn aan evolutionaire processen, en natuurlijke selectie zou de aanpassing aan hun lokale omgeving stimuleren, en populaties in verschillende omgevingen zouden soortvorming ondergaan als de genenstroom tussen geïsoleerde populaties wordt beperkt. .

De RNA-wereldhypothese stelt zich echter evolutionaire processen voor die populaties van zelfreplicerende RNA-moleculen of protocellen die dergelijke RNA-moleculen bevatten, aandrijven. RNA-moleculen die onvolmaakt repliceerden, zouden dochtermoleculen produceren met enigszins verschillende sequenties. Degenen die beter repliceren, of de groeireplicatie van hun gastheer-protocellen verbeteren, zouden meer nageslacht hebben. Vandaar, moleculair evolutie van zelfreplicerende RNA-moleculen of protocelpopulaties die zelfreplicerende RNA-moleculen bevatten, zou de uiteindelijke vorming van de eerste cellen bevorderen.

Referenties en bronnen

Bernstein M 2006. Prebiotische materialen van op en buiten de vroege aarde. Philos Trans
R Soc Lond B Biol Sci. 361:1689-700 discussie 1700-2. PubMed
PMID: 17008210 PubMed Centraal PMCID: PMC1664678.


Miller-Urey-experiment en de oersoeptheorie

Het experiment testte de oer- of oersoeptheorie die onafhankelijk werd ontwikkeld door de Sovjet-bioloog A.I. Oparin en de Engelse wetenschapper J.B.S. Haldane in respectievelijk 1924 en 1929. De theorie stelt het idee voor dat de complexe chemische componenten van het leven op aarde afkomstig zijn van eenvoudige moleculen die van nature voorkomen in de reducerende atmosfeer van de vroege aarde, zonder zuurstof. Bliksem en regen gaven de genoemde atmosfeer energie om eenvoudige organische verbindingen te creëren die een organische "soep" vormden. De zogenaamde soep onderging verdere veranderingen die aanleiding gaven tot complexere organische polymeren en uiteindelijk tot leven.

Het Miller-Urey-experiment ter ondersteuning van abiogenese

Op basis van wat in de vorige paragraaf werd uitgelegd, kan het ongetwijfeld worden beschouwd als een klassiek experiment om abiogenese aan te tonen. Voor degenen die niet bekend zijn met de term, is abiogenese het proces dat verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van levende wezens uit niet-levende of abiotische materie. Men denkt dat het ongeveer 3,8 tot 4 miljard jaar geleden op aarde heeft plaatsgevonden.


Oorsprong van het leven: de vergeten experimenten van Stanley Miller, geanalyseerd

Stanley Miller, de chemicus wiens baanbrekende experiment dat in 1953 werd gepubliceerd, aantoonde hoe sommige van de moleculen van het leven zich op een jonge aarde hadden kunnen vormen, liet dozen met experimentele monsters achter die hij nooit heeft geanalyseerd. De allereerste analyse van enkele van Millers oude monsters heeft een andere manier onthuld waarop belangrijke moleculen op de vroege aarde kunnen zijn gevormd.

De studie ontdekte een pad van eenvoudige naar complexe verbindingen te midden van de prebiotische soep van de aarde. Meer dan 4 miljard jaar geleden konden aminozuren aan elkaar zijn gehecht en peptiden vormen. Deze peptiden kunnen uiteindelijk hebben geleid tot de eiwitten en enzymen die nodig zijn voor de biochemie van het leven, zoals we die kennen.

In de nieuwe studie analyseerden wetenschappers monsters van een experiment dat Miller in 1958 uitvoerde. Aan de reactiekolf voegde Miller een chemische stof toe waarvan destijds niet algemeen werd aangenomen dat deze op de vroege aarde beschikbaar was. De reactie had met succes peptiden gevormd, ontdekte de nieuwe studie. De nieuwe studie repliceerde ook met succes het experiment en legde uit waarom de reactie werkt.

"Het was duidelijk dat de resultaten van dit oude experiment geen artefact waren. Ze waren echt", zegt Jeffrey Bada, hoogleraar mariene chemie aan de Scripps Institution of Oceanography aan de UC San Diego. Bada was een voormalig student en collega van Miller.

De studie werd ondersteund door het Center for Chemical Evolution van het Georgia Institute of Technology, dat gezamenlijk wordt ondersteund door de National Science Foundation en het NASA Astrobiology Program. De studie werd op 25 juni online gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie Internationale editie. Het werk was in de eerste plaats een samenwerking tussen UC San Diego en het Georgia Institute of Technology in Atlanta. Eric Parker, de hoofdauteur van de studie, was een student in het laboratorium van Bada en is nu een afgestudeerde student aan Georgia Tech.

Jeffrey Bada was de tweede afgestudeerde student van Stanley Miller. De twee waren hecht en werkten gedurende de hele carrière van Miller samen. Nadat Miller in 1999 een ernstige beroerte kreeg, erfde Bada dozen met experimentele monsters uit het laboratorium van Miller. Terwijl hij de dozen doorzocht, zag Bada "elektrische ontladingsmonster" in het handschrift van Miller op de buitenkant van een doos.

'Ik opende het en er zaten allemaal andere kleine doosjes in,' zei Bada. "I started looking at them, and realized they were from all his original experiments the ones he did in 1953 that he wrote the famous paper in Science on, plus a whole assortment of others related to that. It's something that should rightfully end up in the Smithsonian."

The boxes of unanalyzed samples had been preserved and carefully marked, down to the page number where the experiment was described in Miller's laboratory notebooks. The researchers verified that the contents of the box of samples were from an electric discharge experiment conducted with cyanamide in 1958 when Miller was at the Department of Biochemistry at the College of Physicians and Surgeons, Columbia University.

An electric discharge experiment simulates early Earth conditions using relatively simple starting materials. The reaction is ignited by a spark, simulating lightning, which was likely very common on the early Earth.

The 1958 reaction samples were analyzed by Parker and his current mentor, Facundo M. Fernández, a professor in the School of Chemistry and Biochemistry at Georgia Tech. They conducted liquid chromatography- and mass spectrometry-based analyses and found that the reaction samples from 1958 contained peptides. Scientists from NASA's Johnson Space Center and Goddard Space Flight Center were also involved in the analysis.

The research team then set out to replicate the experiment. Parker designed a way to do the experiment using modern equipment and confirmed that the reaction created peptides.

"What we found were some of the same products of polymerization that we found in the original samples," Parker said. "This corroborated the data that we collected from analyzing the original samples."

In the experiment from 1958, Stanley Miller had the idea to use the organic compound cyanamide in the reaction. Scientists had previously thought that the reaction with cyanamide would work only in acidic conditions, which likely wasn't widely available on early Earth. The new study showed that reactive intermediates produced during the synthesis of amino acids enhanced peptide formation under the basic conditions associated with the spark discharge experiment.

"What we've done is shown that you don't need acid conditions you just need to have the intermediates involved in amino acid synthesis there, which is very reasonable," Bada said.

Why Miller added cyanamide to the reaction will probably never be known. Bada can only speculate. In 1958, Miller was at Columbia University in New York City. Researchers at both Columbia and the close-by Rockefeller Institute were at the center of studies on how to analyze and make peptides and proteins in the lab, which had been demonstrated for the first time in 1953 (the same year that Miller published his famous origin of life paper). Perhaps while having coffee with colleagues someone suggested that cyanamide -- a chemical used in the production of pharmaceuticals -- might have been available on the early Earth and might help make peptides if added to Miller's reaction.

"Everybody who would have been there and could verify this is gone, so we're just left to scratch our heads and say 'how'd he get this idea before anyone else,'" Bada said.

The latest study is part of an ongoing analysis of Stanley Miller's old experiments. In 2008, the research team found samples from 1953 that showed a much more efficient synthesis than Stanley published in Science in 1953. In 2011, the researchers analyzed a 1958 experiment that used hydrogen sulfide as a gas in the electric discharge experiment. The reactions produced a more diverse array of amino acids that had been synthesized in Miller's famous 1953 study. Eric Parker was the lead author on the 2011 study.

"It's been an amazing opportunity to work with a piece of scientific history," Parker said.


Viewpoint: Yes, the theory that life began in the "little warm pond" has supporting evidence from a number of experiments, and competing theories are more problematic.

How Did Life Begin?

The best theory we currently have regarding the origin of life on Earth is that it first originated as the accumulation of organic compounds in a warm body of water. This hypothetical "warm little pond" has supporting evidence from a number of experiments. However, the origin of life is clouded in uncertainty, and the precise mechanisms by which basic chemicals came together to form complex organisms is not known. The lack of evidence from ancient Earth means we may never know precisely how life began. Nevertheless, of all the speculative theories, the warm little pond remains the most promising.

In some ways the nature of this question means that a simple "yes and no" debate is of little value. To begin with, arriving at a satisfactory definition of "life" has proved difficult. While a number of attempts have been made, some definitions are so broad as to include fire and minerals, while others are so narrow they exclude mules (which are sterile).

Another major problem with determining how life began on Earth is the lack of evidence. The fossil record is limited by the fact that almost all rocks over three billion years old have been deformed or destroyed by geological processes. In addition to debating the issue of when life emerged, scientists also debate the conditions of ancient Earth. Some theories posit that early conditions on our planet was extremely cold, while other theories suggest that it was warm and temperate, and even boiling hot. Computer models have suggested that a variety of temperature ranges are possible, but without further evidence there is little consensus.

Life on Earth may have had a number of false starts. Early Earth was subjected to massive geological upheavals, as well as numerous impacts from space. Some impacts could have boiled the ancient oceans, or vaporized them completely, and huge dust clouds could have blocked out sunlight. Life may have begun several times, only to be wiped out by terrestrial or extra-terrestrial catastrophes.

Any theory on the origin of life must contain a great deal of speculation. What scientists can agree upon are the general characteristics that define life from non-life. Early life must have had the ability to self-replicate, in order to propagate itself and survive. Self-replication is a tricky process, implying a genetic memory, energy management and internal stability within the organism, and molecular cooperation. Just how the ingredients of the "primordial ooze" managed to go from simple chemical process to complex self-replication is not understood. Moreover, the process of replication could not have been exact, in order for natural selection to occur. Occasional "mistakes" in the replication process must have given rise to organisms with new characteristics.

Life from a Chemical Soup

The modern debate on the origin of life was inaugurated by Charles Darwin. In a letter to a fellow scientist he conjectured that life originated when chemicals, stimulated by heat, light, or electricity, began to react with each other, thereby generating organic compounds. Over time these compounds became more complex, eventually becoming life. Darwin imagined that this process might occur in shallow seas, tidal pools, or even a "little warm pond." Later theorists have suggested variations on this theme, such as a primordial ocean of soup-like consistency, teeming with the basic chemical ingredients needed for life. While Darwin and his contemporaries saw life as a sudden spontaneous creation from a chemical soup, modern theories

In the early 1950s the "little warm pond" theory of life was given strong experimental support by the work of Harold Urey and Stanley Miller. Miller, a student of Urey, filled a glass flask with methane (natural gas), hydrogen, and ammonia. In a lower flask he placed a small pool of water. He then applied electric shocks to mimic lightning. The results were more than either scientist had hoped for—within a week Miller had a rich reddish broth of amino acids. Amino acids are used by all life on Earth as the building blocks for protein, so Miller's experiment suggested that the building blocks of life were easy to make, and would have been abundant on early Earth.

Further experiments by Sidney W. Fox showed that amino acids could coagulate into short protein strands (which Fox called proteinoids). It seemed that scientists were on the verge of creating life from scratch in a test tube. However, Fox's work now appears to be something of a dead end, as there is no further step to take after proteinoids. Proteins and proteinoids are not self-replicating, and so either there are missing steps in the process, or something altogether different occurred. Miller's work, too, has lost some of its shine, as there are now strong doubts that the atmosphere of ancient Earth contained the gases he used in his experiment. It is possible that rather than methane, hydrogen, and ammonia the early atmosphere was rich in carbon dioxide and nitrogen.

Even if amino acids were common on early Earth there is still the question of how these simple compounds gave rise to the complexity of life, and to DNA, the double helix that contains the genetic code. DNA cannot replicate without catalytic proteins, or enzymes, but the problem is that the DNA forms those proteins. This creates something of a chicken-and-egg paradox. One possible explanation is that before the world of DNA there was an intermediate stage, and some scientists have suggested that RNA is the missing gap. RNA is similar to DNA, but is made of a different sugar (ribose), and is single-stranded. RNA copies instruction from DNA and ferries them to the chemical factories that produce proteins in the cell. RNA may have come first, before DNA. The RNA world may have provided a bridge to the complexity of DNA. However, RNA is very difficult to make in the probable conditions of early Earth, and RNA only replicates with a great deal of help from scientists. Some theorists think there was another, more simple, stage before RNA, but again, no evidence has been found.

Other Theories on the Origin of Life

Because of the difficulties with the warm little pond theory and its variants a number of new theories have recently emerged to challenge it. Many of these theories are interesting, intriguing, and even possible. However, they all have unanswered questions, making them even more problematic than the idea of the "little warm pond."

Several decades ago scientists were amazed to discover organisms that live in very hot conditions. Dubbed thermophiles, these hot-living bacteria have been found in spring waters with temperatures of 144ଏ (80ଌ), and some species near undersea volcanic vents at the boiling point of water. There is even some evidence of under-ground microbes at even higher temperatures (336ଏ [169ଌ]). The discovery of such hardy organisms has led some to speculate that life originated not in a warm pond, but in a very hot one. Perhaps ancient Earth was peppered with meteor and comet impacts, raising temperatures and boiling oceans, but also providing the necessary chemical compounds to create life. Or possibly hot magma from volcanic sources provided the vital gases and compounds, and the energy, to assemble the first living organisms.

A variant of this theory considers the undersea volcanic vents as the birthplace of life, with the chemical ingredients literally cooked into life. There are even those who champion a deeper, hotter, underground origin for life. Underwater and underground origins have some advantages over other theories. Such depth might make early life safe from the heavy bombardment of material from space the planet received, depending on the size of the object striking Earth and the depth of the water. They would also be safe from other surface dangers, such as intense ultraviolet radiation. There is even some genetic evidence to support these hot theories, as thermophiles do seem to date back to near the beginnings of the tree of life. However, whether they were the trunk of the tree, or merely an early branch, is not known. There is also the question of how these hot organisms could have moved into cooler areas. Some theorists argue that it is easier to go from cool to hot, not the other way around. Also, environments such as undersea volcanic vents are notoriously unstable, and have fluctuations that can cause local temperature variation that would destroy rather than create complex organic compounds.

Some theorists have gone to the other extreme of the temperature scale, and envision life beginning on a cold, freezing ancient Earth. Just as hot microbes have been discovered, so have organisms capable of surviving the Antarctic cold. Some suggest these as our common ancestors. Again, there are some advantages to such a theory. Compounds are more stable at colder temperatures, and so would survive longer once formed. However, the cold would inhibit the synthesis of compounds, and the mobility of any early life. Also, the premise that ancient Earth was a cold place is not widely accepted.

Others have looked to the heavens for the origins of life. The early solar system was swarming with meteors and comets, many of which plummeted to Earth. Surprisingly there are many organic compounds in space. One theory suggests that the compounds needed to form the primordial soup may have arrived from space, either from collisions, or just from near misses from comet clouds. Even today a constant rain of microscopic dust containing organic compounds still falls from the heavens. Could the contents of the little warm pond have come from space?

There are also suggestions that life may have arrived from space already formed. Living cells could possibly make the journey from other worlds, perhaps covered by a thin layer of protective ice. The recent uncovering of a meteorite that originated on Mars has leant support to this theory. There is some suggestion that the meteorite contains fossilized microorganisms, but most scientists doubt this claim. However, the collision of comets and meteors is far more likely to have hindered the development of life than help create it. Objects that would have been large enough to supply a good amount of organic material would have been very destructive when they hit. It seems probable that life began on Earth, rather than in space somewhere. Also, the idea that life may have traveled to Earth does not help explain its origin it merely transposes the problem to some distant "little warm pond" on another world.

There are a number of other theories proposing various origins of life that have appeared in recent years. Gunter Wachtershauser, a German patent lawyer with a doctorate in organic chemistry, has suggested that life began as a film on the surface of fools gold (pyrite). Some small experiments have given it some credence, but the idea is still at the extreme speculative stage. Sulfur is the key ingredient in some other theories, such as the Thioester theory of Christian R. de Duve. Thioesters are sulfur-based compounds that Duve speculates may have been a source of energy in primitive cells. In the primal ooze thioesters could have triggered chemical reactions resembling those in modern cellular metabolism, eventually giving rise to RNA. However, again there is a lack of supporting experimental evidence.

All of these new theories suffer from the same problems that beset the standard interpretation. That is, the difficulty of going from simple chemical process to self-replicating organisms. Many of these new theories are merely new twists on the original warm little pond concept. Some are boiling ponds, others are cold, but only a few offer completely different ways of viewing the origin of life. While some of these theories have some strong points, they have yet to provide the hard evidence to support the speculation. None of them has gained enough support to topple the "little warm pond" from its place as the most likely theory we have. There is much supporting evidence for the standard theory, in the form of Miller's experiments and the work on RNA. Darwin's throw-away comment in a letter may have led to more than he bargained for, but his theory on the origin of life still remains the best and most useful theory we currently have.


Miller-Urey Experiment

A classic experiment in molecular biology and genetics, the Miller-Urey experiment, established that the conditions that existed in Earth ’ s primitive atmosphere were able to produce amino acids, the subunits of proteins (complex carbon-containing molecules required by all living organisms). The Miller-Urey experiment fundamentally established that Earth ’ s primitive atmosphere was capable of producing the building blocks of life from inorganic materials.

In 1953, University of Chicago researchers Stanley L. Miller and Harold C. Urey set up an experimental investigation into the molecular origins of life. Their innovative experimental design consisted of the introduction of molecules thought to exist in early Earth ’ s primitive atmosphere into a closed chamber. Methaan (CH4), hydrogen (H2), and ammonia (NH3) gases were introduced into a moist environment above a water-containing flask. To simulate primitive lightning discharges, Miller supplied the system with electrical current (sparks).

After a few days, Miller observed that the flask contained organic compounds and that some of these compounds were the amino acids that serve as the essential building blocks of protein. Using chromatological analysis, Miller continued his experimental observations and confirmed the ready formation of amino acids, hydroxy acids, and other organic compounds.

Although the discovery of amino acid formation was of tremendous significance in establishing that the raw materials of proteins were easy to obtain in a primitive earth environment, there remained a larger question as to the nature of the origin of genetic materials — in particular, the origin of DNA and RNA molecules.

Continuing on the seminal work of Miller and Urey, in the early 1960s Juan Oro discovered that the nucleotide base adenine could also be synthesized under primitive Earth conditions. Oro used a mixture of ammonia and hydrogen cyanide (HCN) in a closed aqueous enviroment.

Oro ’ s findings of adenine, one of the four nitrogenous bases that combine with a phosphate and a sugar (deoxyribose for DNA and ribose for RNA) to form the nucleotides represented by the genetic code: (adenine (A), thymine (T), guanine (G), and cytosine (C). In RNA molecules, the nitrogenous base uracil (U) substitutes for thymine. Adenine is also a fundamental component of adenosine triphosphate (ATP), a molecule important in many genetic and cellular functions.

Subsequent research provided evidence of the formation of the other essential nitrogenous bases needed to construct DNA and RNA.

The Miller-Urey experiment remains the subject of scientific debate. Scientists continue to explore the nature and composition of earth ’ s primitive atmosphere and thus, continue to debate the relative closeness of the conditions of the Miller-Urey experiment (e.g., whether or not Miller ’ s application of electrical current supplied relatively more electrical energy than did lightning in the primitive atmosphere). Subsequent experiments using alternative stimuli (e.g., ultraviolet light) also confirm the formation of amino acids from the gases present in the Miller-Urey experiment. During the 1970s and 1980s, astrobiologists and astrophyicists, including American physicist Carl Sagan, asserted that ultraviolet light bombarding the primitive atmosphere was far more energetic that even continual lightning discharges. Amino acid formation is greatly enhanced by the presence of an absorber of ultraviolet radiation such as the hydrogen sulfide molecules (H2S) also thought to exist in the early earth atmosphere.

Although the establishment of the availability of the fundamental units of DNA, RNA and proteins was a critical component to the investigation of the origin of biological molecules and life on earth, the simple presence of these molecules is a long step from functioning cells. Scientists and evolutionary biologists propose a number of methods by which these molecules could concentrate into a crude cell surrounded by a primitive membrane.

Scientific opinion about whether Miller-Urey assumptions about the chemical makeup of the early Earth ’ s atmosphere were correct has seesawed over the decades. Most recently, in 2005, several independent studies concluded that the Miller-Urey assumptions were probably approximately correct.


Conclusie

Life did not arise by physics and chemistry without intelligence. The intelligence needed to create life, even the simplest life, is far greater than that of humans we are still scratching around trying to understand fully how the simplest life forms work. There is much yet to be learned of even the simplest bacterium. Indeed, as we learn more the &lsquoproblem&rsquo of the origin of life gets more difficult a solution does not get nearer, it gets further away. But the real problem is this: the origin of life screams at us that there is a super-intelligent Creator of life and that is just not acceptable to the secular mind of today.

The origin of life is about as good as it gets in terms of scientific &lsquoproof&rsquo for the existence of God.


Bekijk de video: How Valid Was The Miller-Urey Experiment? - The Atheist Experience 532 (November 2021).