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米勒的實(shí)驗(yàn)證明了
米勒的實(shí)驗(yàn)證明了(1)現(xiàn)在遠(yuǎn)離太陽(yáng)、歷史上可能變化較小的巨行星(如木星和土星)，它們的大氣都是沒(méi)有游離氧(O2)的還原性大氣，其主要成分是氫(H2)、氦(He)、甲烷(CH4)和氨(NH3);由此推測(cè)原始地球的大氣，大概也是這樣的還原性大氣。(2) 據(jù)測(cè)定，現(xiàn)在能作用于地球大氣層的能源，主要是太陽(yáng)輻射中的紫外線、雷電和宇宙射線等。其中宇宙射線不足以合成有機(jī)物，還原性氣體僅吸收短波紫外線，但短波紫外線(波長(zhǎng)<1500埃)在太陽(yáng)輻射紫外線中僅占極微量，可作有機(jī)合成能源的量極少;而每年雷電次數(shù)較多，可作有機(jī)合成的能量較大，又在靠近海洋表面處釋放，這樣在原始地球還原性大氣中合成的產(chǎn)物就很容易溶于原始海洋之中�；谏鲜隹紤]，米勒在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了模擬原始地球還原性大氣中雷鳴閃電的實(shí)驗(yàn)，看看能否合成有機(jī)物，特別是氨基酸、核糖、嘧啶、嘌呤等組成蛋白質(zhì)和核酸的生物小分子。 編輯本段實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果實(shí)驗(yàn)裝置及操作如圖所示。
米勒的實(shí)驗(yàn)
將水注入左下方的500毫升燒瓶?jī)?nèi)。 先將玻璃儀器中的空氣抽去。然后打開左方的活塞，泵入CH4、NH3和H2的混合氣體(模擬還原性大氣)。再將500毫升燒瓶?jī)?nèi)的水煮沸，使水蒸汽(H2O)和混合氣體同在密閉的玻璃管道內(nèi)不斷循環(huán)，并在另一容量為5升的大燒瓶中，經(jīng)受火花放電(模擬雷鳴閃電)一周，最后生成的有機(jī)物，經(jīng)過(guò)冷卻后，積聚在儀器底部的溶液內(nèi)(圖中以黑色表示)(模擬原始大氣中生成的有機(jī)物被雨水沖淋到原始海洋中)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果此實(shí)驗(yàn)結(jié)果共生成20種有機(jī)物(如表1所示)。其中11種氨基酸中有4種(即甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸)是生物的蛋白質(zhì)所含有的。以后，米勒認(rèn)為，設(shè)想原始地球還原性大氣的成分是CH4、N2、微量的NH3和H2O的混合氣體更為合理，因?yàn)镹H3不可能在大氣中大量存在，它會(huì)溶于海水中。他和他的合作者于1972年在上述混合氣體中進(jìn)行火花放電，結(jié)果得到35種有機(jī)物，其中有10種組成蛋白質(zhì)的氨基酸，即甘氨酸(440微克分子，以下均同此單位)、丙氨酸(790)、纈氨酸(19.5)、亮氨酸(11.3)、異亮氨酸(4.8)、脯氨酸(1.5)、天冬氨酸(34)、谷氨酸(7.7)、絲氨酸(5.0)和蘇氨酸(～0.8)。若在分析之前進(jìn)行水解，還可生成天冬酰胺和谷氨酰胺。若增加H2S，則可生成甲硫氨酸。在CH4、NH3、H2O和H2S混合氣體中進(jìn)行光解作用，可以找到半胱氨酸。對(duì)CH4及其它碳?xì)浠衔镌诟邷叵逻M(jìn)行熱解，可以得到苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。到目前為止，用米勒模擬實(shí)驗(yàn)和其它類似實(shí)驗(yàn)，已能合成出20種天然氨基酸中的17種;其余三種(賴氨酸、精氨酸和組氨酸)相信在改進(jìn)技術(shù)之后，不久亦能合成。 由此實(shí)驗(yàn)可以證明：有無(wú)機(jī)物合成小分子有機(jī)物是完全有可能的。 機(jī)理分析氨基酸生成的可能機(jī)理：米勒在火花放電的頭125小時(shí)內(nèi)，不斷打開“U”形管的活塞抽樣，進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)首先合成了大量的氰化物和醛類;以后它們的合成速度逐漸下降，而在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，均以近乎恒定的速度合成氨基酸，就是說(shuō)，首先甲烷與氨作用生成氰，甲烷與水作用生成醛類;然后氰、醛類與氨作用生成氨基腈(aminoni- trile);氨基腈水解就生成氨基酸。 星際分子和隕石資料的佐證上述過(guò)程現(xiàn)今在宇宙和其他天體還在發(fā)生，星際分子和隕石中有機(jī)物的發(fā)現(xiàn)可以證明。據(jù)我國(guó)天文工作者統(tǒng)計(jì)，到1985年為止，已發(fā)現(xiàn)星際分子66種，其中除氨、氰等十幾種無(wú)機(jī)分子外，大都是含C的有機(jī)化合物如甲醛、甲醇、甲酸、乙醇、丙炔腈(N≡C-C≡CH)等。星際分子中甲醛和氰的量很大，與米勒放電實(shí)驗(yàn)中最初的中間產(chǎn)物相同。當(dāng)它們與氨反應(yīng)再經(jīng)水解就能生成氨基酸。1969年9月28日，一顆碳質(zhì)球粒隕石(carbonaceous chon- drite)墮落在澳大利亞的麥啟遜(Murchison)鎮(zhèn)，經(jīng)克文沃爾登(K.A.Kvenvolden)等化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)含有18種氨基酸，其中有6種(甘、丙、纈、脯、谷、天冬)是生物所含有的，其種類與含量同米勒放電實(shí)驗(yàn)生成的頗為相似(見(jiàn)表2)。此外，1971年沃森(G.Wat-son)用紫外線照射含有NH3、CH2OH和HCHO的混合氣體25天，結(jié)果獲得了甘氨酸、谷氨酸與少量的天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、脯氨酸、亮氨酸和異亮氨酸。這個(gè)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有水，原料都是已知的星際分子。以上種種事實(shí)表明，原始大氣由無(wú)機(jī)物生成生物小分子不但是可能的，而且這種過(guò)程現(xiàn)在宇宙間仍在發(fā)生。 編輯本段科學(xué)意義生命起源是一個(gè)極其復(fù)雜而又難以研究的問(wèn)題。雖然19世紀(jì)70年代恩格斯在《反杜林論》中就指出：“生命的起源必然是通過(guò)化學(xué)的途徑實(shí)現(xiàn)的”;20世紀(jì)20年代奧巴林和霍爾丹也相繼提出生 命起源的化學(xué)進(jìn)化觀點(diǎn)，即認(rèn)為在原始地球的條件下，無(wú)機(jī)物可以轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物，有機(jī)物可以發(fā)展為生物大分子和多分子體系，直到演變出原始的生命體;但這些都只是理論的推測(cè)，還缺乏令人信服的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。米勒首次在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬原始地球還原性大氣中的雷鳴閃電，結(jié)果從無(wú)機(jī)物合成出有機(jī)物，特別是多種組成蛋白質(zhì)的氨基酸，這是生命起源研究的一次重大突破。后來(lái)，科學(xué)家們仿效米勒的模擬實(shí)驗(yàn)，已合成出大量與生命有關(guān)的有機(jī)分子。例如，有人用紫外線或γ射線照射稀釋的甲醛(HCHO)溶液獲得了核糖和脫氧核糖(1966);用紫外線照射HCN獲得了腺嘌呤和鳥嘌呤;用丙炔腈(N≡C-C≡CH)、KCN和H2O，在100℃下加熱一天得到了胞嘧啶(1966);將NH3、CH4、H2O與聚磷酸加熱到100～140℃獲得了尿嘧啶(1961);將腺嘌呤和核糖的稀溶液與磷酸或乙基偏磷酸鹽(ethyl- metaphosphate)放在一起，用紫外線照射，可生成腺苷(1977);將腺苷、乙基偏磷酸鹽封入石英玻璃管中用紫外線照射，可產(chǎn)生腺苷酸(A)(1966)。此外，長(zhǎng)鏈脂肪酸也可通過(guò)在高壓下用γ射線照射乙烯和CO2而獲得。可以說(shuō)，幾乎全部的生物小分子，現(xiàn)在都可以通過(guò)模擬原始地球的條件，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)合成了。 編輯本段對(duì)米勒實(shí)驗(yàn)的質(zhì)疑：(1)米勒試驗(yàn)提供持續(xù)的電能，但是原始時(shí)代的地球不一定。 (2)不能完全確定米勒試驗(yàn)各物質(zhì)濃度的配比。 (3)氨基酸很可能是宇宙流星和彗星在撞擊地球的時(shí)候帶出的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)這種現(xiàn)象十分普遍，科學(xué)證明氨基酸可以在宇宙的惡劣環(huán)境中存在。 (4)地球的高溫環(huán)境和強(qiáng)烈的紫外線會(huì)使有機(jī)物迅速分解。
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