ניסוי מילר יורי מורכב לייצור מולקולות אורגניות באמצעות מולקולות אורגניות פשוטות יותר כמו חומר המוצא בתנאים מסוימים. מטרת הניסוי הייתה ליצור מחדש את התנאים העתיקים של כדור הארץ.
כוונת הבילוי האמורה הייתה לאמת את מקורם האפשרי של הבי-מולקולות. אכן, ההדמיה השיגה ייצור מולקולות - כמו חומצות אמינו וחומצות גרעין - חיוניות לאורגניזמים חיים.
לפני מילר ואורי: פרספקטיבה היסטורית
ההסבר על מקור החיים תמיד היה נושא שנוי במחלוקת ושנוי במחלוקת. במהלך הרנסנס האמינו שהחיים מקורם באופן פתאומי ושומקום משום מקום. השערה זו מכונה דור ספונטני.
בהמשך, חשיבתם הביקורתית של המדענים החלה לנבוט וההשערה הושלכה. עם זאת, השאלה שהוצגה בתחילת הדרך נותרה לא ברורה.
בשנות העשרים של המאה העשרים השתמשו מדענים באותה תקופה במונח "מרק קדמוני" כדי לתאר סביבה אוקיאנית היפותטית שבה ככל הנראה מקורם של החיים.
הבעיה הייתה בהצעת מקור לוגי של הבי מולקולות המאפשרות חיים (פחמימות, חלבונים, ליפידים וחומצות גרעין) ממולקולות אורגניות.
כבר בשנות החמישים, לפני הניסויים של מילר ואורי, הצליחה קבוצת מדענים לסנתז חומצה פורמית מפחמן דו חמצני. תגלית אדירה זו פורסמה בכתב העת היוקרתי Science.
ממה זה מורכב?
עד שנת 1952, סטנלי מילר והרולד אורי עיצבו פרוטוקול ניסיוני כדי לדמות סביבה פרימיטיבית במערכת גאונית של צינורות זכוכית ואלקטרודות מבנייה משלהם.
המערכת כללה בקבוק מים, המקביל לאוקיאנוס הפרימיטיבי. מחובר לאותו בקבוק היה מרכיב של הסביבה הפרביוטית כביכול.
מילר יורי השתמשו יחסי הבאים כדי לשחזר אותו: 200 מ"מ כספית של מתאן (CH 4 ), 100 מ"מ כספית של מימן (H 2 ), 200 מ"מ כספית של אמוניה (NH 3 ), ו 200 מ"ל מים (H 2 O).
למערכת היה גם מעבה, שתפקידו לקרר את הגזים כמו גשם בדרך כלל. כמו כן, הם שילבו שתי אלקטרודות המסוגלות לייצר מתח גבוה, במטרה ליצור מולקולות תגוביות ביותר שיקדמו את היווצרותן של מולקולות מורכבות.
הניצוצות הללו ביקשו לדמות ברגי ברק וברקים אפשריים מהסביבה הפרביוטית. המנגנון הסתיים בחלק "U" שמונע מהאדים לנוע בכיוון ההפוך.
הניסוי קיבל מכות חשמל במשך שבוע, במקביל למים שחוממו. תהליך החימום הדמה אנרגיה סולארית.
תוצאות
בימים הראשונים תערובת הניסוי הייתה נקייה לחלוטין. במהלך הימים החלה התערובת לקבל צבע אדמדם. בסוף הניסוי נוזל זה קיבל צבע אדום עז כמעט חום ועדינותו עלתה באופן ניכר.
הניסוי השיג את מטרתו העיקרית ומולקולות אורגניות מורכבות נוצרו מהמרכיבים ההיפותטיים של האטמוספירה הקדומה (מתאן, אמוניה, מימן ואדי מים).
החוקרים הצליחו לזהות עקבות של חומצות אמינו, כמו גליצין, אלנין, חומצה אספרטית וחומצה אמינו-בוטירית, שהם המרכיבים העיקריים של חלבונים.
ההצלחה של ניסוי זה תרמה לכך שחוקרים אחרים המשיכו לחקור את מקורן של מולקולות אורגניות. על ידי הוספת שינויים לפרוטוקול מילר ואורי, נוצרו עשרים חומצות האמינו הידועות.
ניתן גם ליצור נוקלאוטידים המהווים אבני הבניין הבסיסיות של חומר גנטי: DNA (חומצה deoxyribonucleic) ו- RNA (חומצה ריבונוקלאית).
חֲשִׁיבוּת
הניסוי הצליח לאמת באופן ניסיוני את הופעתן של מולקולות אורגניות ומציע תרחיש אטרקטיבי למדי כדי להסביר את מקור החיים האפשרי.
עם זאת, נוצרת דילמה אינהרנטית, שכן מולקולת ה- DNA נדרשת לסינתזת חלבון RNA. נזכור כי הדוגמה המרכזית של הביולוגיה מציעה כי תעתיק של DNA ל- RNA וזה תועתק לחלבונים (ישנם יוצאים מן הכלל ידועים מהנחת יסוד זו, כגון רטרו-וירוסים).
אז איך נוצרים הבי-מולקולות הללו מהמונומרים שלהם (חומצות אמינו ונוקלאוטידים) ללא נוכחות של DNA?
למרבה המזל, גילוי ריבוזמים הצליח להבהיר את הפרדוקס הנראה לעין הזה. מולקולות אלה הינן RNA קטליטי. זה פותר את הבעיה מכיוון שאותה מולקולה יכולה לזרז ולשאת מידע גנטי. זו הסיבה שההשערה העולמית RNA הפרימיטיבית קיימת.
אותו RNA יכול לשכפל את עצמו ולהשתתף ביצירת חלבונים. DNA יכול לבוא בדרך משנית ולהיבחר כמולקולת ירושה על פני RNA.
עובדה זו יכולה להתרחש מכמה סיבות, בעיקר מכיוון ש- DNA פחות תגובתי ויציב יותר מ- RNA.
מסקנות
ניתן לסכם את המסקנה העיקרית של תכנון ניסיוני זה באמירה הבאה: מולקולות אורגניות מורכבות יכולות להיות מקורן ממולקולות אורגניות פשוטות יותר, אם הן נחשפות לתנאי האווירה הפרימיטיבית כביכול כמו מתח גבוה, קרינה אולטרה סגולה ונמוכים תכולת חמצן.
יתרה מזאת, נמצאו כמה מולקולות אורגניות שהן מועמדות אידיאליות ליצירת חומצות אמינו ונוקלאוטידים מסוימים.
הניסוי מאפשר לראות כיצד אבני הבניין של יצורים חיים היו יכולים להיות, בהנחה שהסביבה הפרימיטיבית תואמת את המסקנות שתוארו.
סביר מאוד להניח שבעולם שלפני הופעת החיים היו רכיבים רבים ומורכבים יותר מאלו בהם השתמש מילר.
למרות שנראה בלתי אפשרי להציע את מקור החיים החל ממולקולות כה פשוטות, מילר הצליח לאמת זאת בעזרת ניסוי עדין וגאוני.
ביקורת על הניסוי
עדיין יש ויכוחים ומחלוקות לגבי תוצאות הניסוי הזה ועל מקורם של התאים הראשונים.
כיום מאמינים כי המרכיבים בהם השתמש מילר ליצירת האווירה הפרימיטיבית לא תאמו את המציאות בה. מבט מודרני יותר נותן להרי געש תפקיד חשוב ומציע כי הגזים שמבנים אלה מייצרים מינרלים.
נקודת המפתח של הניסוי של מילר הושאלה בסימן שאלה. יש חוקרים הסבורים כי לאווירה הייתה השפעה מועטה על יצירת אורגניזמים חיים.
הפניות
- Bada, JL, & Cleaves, HJ (2015). הדמיות של Ab initio וניסוי הסינתזה הפרביוטית של מילר. הליכי האקדמיה הלאומית למדעים, 112 (4), E342-E342.
- קמפבל, נ.ב. (2001). ביולוגיה: מושגים ויחסים. פירסון חינוך.
- קופר, GJ, סורמן, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S., … & Cronin, L. (2017). מילר - אורי ניסויים בניצוץ פריק בעולם הדאוטריום. אנג'וונדה כמי, 129 (28), 8191-8194.
- פרקר, אי.טי., Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… & Fernández, FM (2014). ביצוע ניסויים של מילר-אורי. כתב העת לניסויים חזותיים: JoVE, (83).
- Sadava, D., & Purves, WH (2009). החיים: מדע הביולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.