Νέα ευρήματα στο παλιό πείραμα των  Miller-Urey για την προέλευση της ζωής

Πηγή: New York Times, 16 Οκτωβρίου 2008

Αμερικανοί επιστήμονες μελέτησαν ξανά ένα από τα πιο διάσημα πειράματα βιοχημείας, που έγινε πριν από 55 χρόνια, και το οποίο απέβλεπε στο να εντοπισθεί ο μηχανισμός που οδήγησε στη δημιουργία της ζωής. Υποστηρίζουν λοιπόν ότι ανακάλυψαν νέα ευρήματα που δείχνουν ότι τα δομικά υλικά της ζωής στον πλανήτη παρείχε ο συνδυασμός της ηφαιστειακής δραστηριότητας και του ηλεκτρισμού που παρήγαγαν οι κεραυνοί.

Το 1953, ο Stanley Miller, που τότε ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής του Harold Urey στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, έβαλε αμμωνία, μεθάνιο και υδρογόνο - τα αέρια που πιστεύεται ότι υπήρχαν στην πρώιμη φάση της γήινης ατμόσφαιρας, - μαζί με νερό σε σφραγισμένη φιάλη και εφάρμοσε ηλεκτρικούς σπινθήρες για να προσομοιώσει τις επιπτώσεις των κεραυνών στην τότε ατμόσφαιρα. Μια εβδομάδα αργότερα, δημιουργήθηκαν αμινοξέα, οι δομικές μονάδες των πρωτεϊνών, από τα απλά μόρια.

Το πείραμα είχε δείξει λοιπόν τον σχηματισμό μορίων που αποτελούν τη βάση της ζωής (απλά αμινοξέα, σάκχαρα, λιπίδια), όχι όμως και βάσεις του DΝΑ ή RΝΑ.

Η συσκευή που χρησιμοποιήθηκε από το Miller για το "δεύτερο" πείραμα, που ήταν αρχικά αδημοσίευτο. Νέρό που βράζει (1) δημιουργεί μια ροή αέρα, οδηγώντας έτσι υδρατμούς και τα υπόλοιπα αέρια μέσα σε μια φιάλη, όπου υπάρχει σπινθήρας (2). Ένα ακροφύσιο της γυάλινης συσκευής (ένθετο) δημιουργεί φαινόμενο στρόφιγγας, αυξάνοντας έτσι τη ροή του αέρα. Ένας συμπυκνωτής ψύξεως (3) κάνει τον ατμό πάλι υγρό νερό, που πέφτει σε σταγόνες μέσα στην παγίδα (4), όπου πέφτουν επίσης και τα χημικά προϊόντα.

Το πείραμα Miller-Urey αύξησε τις προσδοκίες ότι οι επιστήμονες κάποτε θα μπορούσαν να αποκαλύψουν την προέλευση της ζωής με απλά χημικά πειράματα. Ο ενθουσιασμός έχει όμως προ πολλού υποχωρήσει. Τα αμινοξέα ποτέ δεν εξελίχθησαν σε πιο περίπλοκες ενώσεις, τις πρωτεΐνες. Οι επιστήμονες πιστεύουν τώρα ότι η σύνθεση του αέρα στην πρώτη φάση της Γης ήταν διαφορετική από αυτή που χρησιμοποίησε ο Miller, με αποτέλεσμα ορισμένοι να θέτουν το ερώτημα κατά πόσον το πείραμα Miller-Urey είχε καμία σχέση με το - ακόμα άλυτο - ζήτημα της προέλευσης της ζωής.

Μετά το θάνατο του Miller, τον Μάιο του 2007, ο Jeffrey Bada του Ιδρύματος Ωκεανογραφίας Scripps στο Σαν Ντιέγκο, που παλιά ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής του Miller, βρήκε κουτιά που περιέχουν εκατοντάδες φιαλίδια με αποξηραμένα υπολείμματα όπως συλλέχθηκαν στα πειράματα που διεξήχθησαν το 1953 και 1954.

Συμβουλευόμενος τα σημειωματάρια του Miller, ο Bada ανακάλυψε πως ο Miller είχε κατασκευάσει δύο παραλλαγές της αρχικής συσκευής. Στο ένα απλώς χρησιμοποίησε διαφορετική γεννήτρια σπινθήρων. Στη δεύτερη έστελνε ατμό πάνω στο σπινθήρες.

Η δεύτερη συσκευή κέρδισε την προσοχή του Bada, επειδή η προσθήκη του ατμού φαινόταν να αναπαράγει αυτό που θα μπορούσε να υπήρχε σε λιμνοθάλασσες και παλιρροϊκές δεξαμενές γύρω από τα ηφαίστεια.

Έτσι τώρα ο Jeffrey Bada πιστεύει πως οι ηφαιστειακές εκρήξεις μπορεί να βοήθησαν θερμαίνοντας την πρωταρχική σούπα και προσφέροντας τα απαραίτητα αέρια για να ξεκινήσει η αντίδραση.

Αυτή την άνοιξη, ο Adam Johnson, μεταπτυχιακός φοιτητής του Bada στο Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα, είχε την ευκαιρία να δουλέψει με το περιεχόμενο των φιαλιδίων,  αν και το υλικό δεν φαινόταν αξιόλογο. "Ήταν λίγο καφέ υπόλειμμα στο κάτω μέρος της παλιάς φιάλης," λέει ο Johnson.

Στην αναφορά του 1953, ο Miller είχε αναφέρει ότι είχε ανιχνεύσει πέντε αμινοξέα που παράχθηκαν από την αρχική συσκευή. Στο έργο του ο Johnson, με τη χρήση σύγχρονων τεχνικών, αποκάλυψε μικρά ποσά από εννέα επιπλέον αμινοξέα σε αυτά τα δείγματα. Στα κατάλοιπα από την δεύτερη συσκευή με τον ατμό που εγχεόταν, οι επιστήμονες εντόπισαν 22 αμινοξέα, συμπεριλαμβανομένων και των 10, που ποτέ στο παρελθόν δεν είχαν εντοπιστεί από το πείραμα των  Miller-Urey.

"Απλώς ανοίξαμε τα μάτια μας," είπε ο Bada. "Αποκαλύπτονται νέα πράγματα. Τι άλλο υπάρχει που δεν έχουμε βρει από αυτό το πείραμα; "

Τα ευρήματα από τον Adam Johnson, τον Bada και άλλους συνεργάτες τους δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Science.

Αν και οι επιστήμονες δεν πιστεύουν ότι η πρώιμη ατμόσφαιρα μοιάζει με τα αέρια που χρησιμοποίησε ο Miller, τα αέρια που εκλύονται από τις εκρήξεις των ηφαιστείων έχουν παρόμοιες ιδιότητες. Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι οι σπινθήρες διαχωρίζουν τα μόρια του νερού στον ατμό, παρέχοντας με αυτό τον τρόπο τη δυνατότητα να λάβουν χώρα ένα ευρύ φάσμα χημικών αντιδράσεων.

Τα τελευταία χρόνια, το πείραμα Miller-Urey έχασε τη σημασία του. Η ανακάλυψη των αμινοξέων σε μετεωρίτες δείχνουν ότι τα δομικά στοιχεία της ζωής ήρθαν από το διάστημα, εξαλείφοντας έτσι την ανάγκη για την εξεύρεση χημικών διεργασιών, που θα μπορούσαν να παραχθούν στη Γη. Ορισμένοι επιστήμονες έχουν προτείνει τοποθεσίες, όπως ο πυθμένας των ωκεανών, ως τα πιο πιθανά μέρη όπου τα δομικά στοιχεία για πρώτη φορά έφτιαξαν μαζί έναν ζωντανό οργανισμό.

Πάντως, ο Bada τονίζει ότι οι ποσότητες των αμινοξέων που θα μπορούσαν να έχουν πέσει σαν βροχή από τον ουρανό εξακολουθεί να είναι ασαφής, και ότι οι παλιρροιακές δεξαμενές θα ήταν το σημείο όπου το αμινοξέα θα μπορούσαν να έχουν συγκεντρωθεί κάνοντας πιο πολύπλοκες αντιδράσεις από αυτές που επιτρέπεται να συμβούν.

"Ίσως δε να είχαμε και εισαγωγή ουσιών από το διάστημα και κατασκευή τους σε ορισμένες τοποθεσίες. Και τότε θα υπάρχει ένα πραγματικά πλούσιο απόθεμα για να τεθούν οι βάσεις για την προέλευση της ζωής ", συμπληρώνει ο Bada.