Penciptaan Dunia Penelitian Miller Urey

Penciptaan Dunia Penelitian Miller Urey

Abiogenesis terkadang disebut "evolusi kimia" karena berupaya menjelaskan bagaimana materi inert (" a bio") memunculkan kehidupan ("genesis"). Abiogenesis ditambahkan ke dalam daftar kisah asal usul lebih dari seratus tahun yang lalu ketika Charles Darwin pertama kali berspekulasi  kehidupan mungkin berasal dari "sebuah kolam kecil yang hangat, dengan segala jenis garam amoniak dan fosfat, cahaya, panas, listrik, untuk sementara waktu. senyawa protein yang akan dibentuk secara kimia siap mengalami perubahan yang lebih kompleks."

Banyak orang yang meringkas abiogenesis bersama dengan kembarannya yang lebih terkenal, makroevolusi Darwin  dengan cara yang agak meremehkan namun berkesan: " Dari yang lengket sampai   di kebun binatang!   pada "kaldu primitif" atau "kolam kecil yang hangat" di mana dikatakan  benda lembam telah melahirkan kehidupan muncul dari proses mutasi genetik dan seleksi alam. " Kebun binatang " adalah campuran makhluk hidup bakteri, ikan, lemur, monyet, dan lain-lain

lmuwan Amerika Stanley L. Miller memberikan kontribusi terhadap ilmu pengetahuan yang sangat menentukan kemajuan penelitian mengenai asal usul kehidupan. Eksperimen Miller adalah verifikasi ilmiah pertama , dalam kondisi lingkungan yang sesuai, pembentukan molekul organik dari zat anorganik adalah mungkin. Berdasarkan teori ini, pada masa awal Bumi sintesis senyawa organik sangatlah sederhana. Eksperimen Miller memungkinkan berkembangnya eksobiologi, cabang baru biologi yang bertujuan mempelajari kehidupan di alam semesta.

Stanley L. Miller belajar di Universitas California, lulus pada tahun 1951 di bidang Ilmu Kimia . Dia adalah mahasiswa pascasarjana Harold C. Urey dan bersamanya dia melakukan eksperimen terkenal yang kita bicarakan dan itulah yang membawanya mencapai ketenaran di dunia ilmiah. Percobaan Miller. Sesuai pada hipotesis Alexander Oparin dan John Haldane yang menyatakan  atmosfer primitif terdiri dari metana, amonia, karbon dioksida, hidrogen, dan air, mereka menciptakan kembali kondisi Bumi primitif. Tujuannya adalah untuk menemukan reaksi kimia yang muncul secara spontan, sehingga menimbulkan protein dan asam amino, unsur kimia esensial pertama.

Untuk melakukan percobaan tersebut, para ilmuwan merancang sebuah tabung dengan campuran gas-gas ini di dalamnya, dan menambahkan wadah berisi air untuk meniru lautan, 4,4 miliar tahun yang lalu , bumi seluruhnya tertutup air.

Selain itu, ruangan tersebut dilengkapi serangkaian elektroda yang berisi gas. Hal ini menghasilkan pelepasan listrik yang sangat mirip dengan petir dari badai besar yang terbentuk di Bumi primitif.

Seminggu setelah memulai percobaan, Miller memverifikasi serangkaian fakta. Hal yang paling relevan adalah hampir seluruh amonia dan metana telah dikonsumsi . Satu-satunya gas yang masih utuh hanyalah karbon monoksida dan nitrogen. Selain itu, telah terjadi endapan material berwarna gelap di dalam air.

Mereka membiarkan satu minggu lagi berlalu dan kemudian mereka dapat mengetahui senyawa yang dihasilkan dari analisis air dan materi yang terakumulasi di dalamnya. Ini adalah molekul organik, seperti alanin, glisin, asam aspartat dan glutamat , dan mereka juga menemukan glukosa dan asam asetat. Ini semua adalah komponen yang digunakan sel untuk sintesis protein.

Tujuh dekade yang lalu, pada tanggal 5 Mei 1953, hasil percobaan kimia prebiotik pertama yang berhasil, yang dilakukan oleh ilmuwan Amerika Stanley Miller, diterbitkan dalam jurnal Science . "Eksperimennya menandai dimulainya fase eksperimental studi tentang asal usul kehidupan dan meletakkan dasar bagi cara mempelajari kimia prebiotik.

Menurut juri, pada tahun 1952, Hadiah Nobel Kimia tahun 1934, Harold C. Urey, melihat kembali studi tentang Bumi primitif dari laboratorium dan berpikir  planet ini memiliki kimia yang didominasi oleh unsur-unsur seperti hidrogen, helium dan karbon, yang bereaksi satu sama lain untuk menghasilkan air dan oksigen. Urey adalah pionir dalam studi atmosfer primitif dan berdasarkan gagasannya, "Stanley Miller merancang eksperimen yang terkenal karena kesederhanaannya" dan untuk pertama kalinya menunjukkan  molekul yang diperlukan untuk kehidupan dapat dibentuk dari senyawa anorganik.

Percobaan Stanley Miller terdiri dari menempatkan campuran gas yang mewakili molekul primitif seperti metana, amonia, hidrogen dan uap air ke dalam dua labu, yang dikenai pelepasan listrik selama seminggu dan kemudian dianalisis. Apa yang dia amati adalah komposisi di dalam alat itu berubah dan dengan bantuan kromatografi dia mengidentifikasi lima asam amino . "Meskipun eksperimen tersebut berakhir di tempat sampah Departemen Kimia di Universitas Chicago, Miller meninggalkan kondisi eksperimen karyanya secara rinci, yang memungkinkannya terulang kembali."

Dia menambahkan  dalam salah satu pertemuannya dengan ilmuwan Amerika tersebut, dia memberinya tes percobaan pertamanya, yang dia analisis dengan teknik terkini dan perangkat kontemporer, dan menemukan beragam asam amino dan senyawa tambahan. "Dan bagian awal Bumi, ini adalah planet yang terlalu aktif secara geologis untuk mengetahui apakah kimiawi Miller dapat terjadi dalam konteks ini. Tapi ada meteorit seperti yang disebut Murchison , yang memiliki asam amino yang sama dengan proporsi yang sama seperti yang ditemukan dalam eksperimen Miller."

Ini "menunjukkan  simulasi di laboratorium, dengan segala kesederhanaan yang mungkin dimiliki oleh eksperimen seperti yang dilakukan Miller Urey , adalah model kimia tata surya yang baik pada tingkat primitif dan mendukung gagasan  jenis sintesis ini " Itu terjadi di bumi primitif," pungkas wasit.

Menurut pakarnya, tiga komponen dasar yang menganggap suatu sistem hidup adalah: metabolisme , yaitu otonomi energi; mesin genetika , yang mengacu pada sejarah keturunan; dan kompartemen yang menghasilkan individualitas pada sistem ini. Ketiganya memerlukan sintesis abiotik, tanpa kehadiran kehidupan, dari senyawa organik tersebut. "Untuk setiap sintesis, kita memerlukan dua senyawa utama: materi , yang merupakan molekul paling melimpah di alam semesta, seperti karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen; dan energinya, bertanggung jawab untuk memulai, mendorong, dan mengarahkan proses fisikokimia, seperti yang berasal dari Matahari."

Eksperimen Miller merevolusi pemikiran dan membuka bidang ilmu baru yang kini dikenal dengan nama kimia prebiotik. Ia menjelaskan, kimia prebiotik mengacu pada simulasi laboratorium tentang kemungkinan proses pembentukan senyawa kimia sebelum munculnya makhluk hidup.

Di antara tujuan disiplin ilmu ini adalah mensintesis senyawa organik sederhana dan biopolimer, serta mencari stabilitas molekul. "Dalam kimia, ketika ingin mendeskripsikan suatu reaksi, perlu dijelaskan seperti apa transformasi antara reaktan, produk, dan mekanisme reaksi. "Miller mampu membedakan reaktan, produk, dan zat antara seperti asam hidrosianat , molekul kunci untuk semua studi kimia prebiotik."

Menurut pembicara, "ada banyak kontroversi dan perdebatan mengenai komposisi atmosfer primitif dan terdapat berbagai eksperimen mengenai hal ini", yang dapat dibagi menjadi eksperimen yang mensimulasikan atmosfer planet, seperti atmosfer Miller, dan eksperimen yang mensintesis senyawa tertentu.  Dalam studi tentang asal usul kehidupan,  berkontribusi dengan penelitian seperti yang dilakukan ilmuwan  ng menganggap kehidupan sebagai aktivitas fisikokimia protoplasma dan yang menemukan dua asam amino dalam campuran laboratorium yang diusulkannya.

"Kemajuan besar telah dicapai dalam kimia prebiotik, tetapi masih ada masalah dengan sintesis molekul dan makromolekul yang memiliki kepentingan biologis dan homokiralitas", faktanya adalah, dengan eksperimen Miller, "ditunjukkan  molekul zat organik diperlukan untuk kehidupan bisa terbentuk dari komponen anorganik",

Sementara itu,  berbicara tentang visi Stanley Miller dalam lingkungan luar bumi. " Gagasan tentang pencampuran gas dan memberikannya suatu bentuk energi untuk menentukan apa yang dapat terbentuk tidak hanya digunakan dalam studi atmosfer primitif, tetapi juga di atmosfer Yupiter dan planet-planet gas."

Ilmuwan yang berwenang di bidang astrobiologi di negara tersebut merujuk pada satelit Titan , satelit terbesar dari 24 satelit utama planet Saturnus, yang merupakan satu-satunya di seluruh tata surya dengan atmosfer padat dan dingin yang sebagian besar terdiri dari molekul nitrogen . seperti atmosfer bumi, dan juga metana, molekul organik pertama , dan juga satu-satunya yang memiliki cairan di permukaannya. Oleh karena itu, ini adalah tempat yang ideal untuk mempelajari kondisi kelayakhunian makhluk luar angkasa, yang dipahami sebagai skenario di luar planet ini dan memungkinkan kita menyelidiki rincian interaksi kimia yang mungkin terjadi di Bumi.

Atmosfer Titan lebih luas dibandingkan Bumi dan baik planet maupun satelitnya mempunyai profil serupa dalam peningkatan dan penurunan suhu permukaan. Apa yang diketahui sejauh ini tentang satelit ini adalah berkat misi Voyager   dan Cassini-Huygens , yang terakhir diluncurkan pada tahun 1997 dan dilakukan oleh NASA, Badan Antariksa Eropa dan Badan Antariksa Italia, ini adalah perangkat pertama yang mendarat di satelit ini. tata surya terluar pada jarak terjauh dari Bumi.

Bukti yang dikumpulkan oleh misi Cassini-Huygens memungkinkan untuk mengidentifikasi  geologi permukaan Titan sangat bervariasi, memiliki danau, kabut, proses erosi, pergerakan bukit pasir dan cryovolcano, yang memungkinkan kita untuk mendalilkan keberadaan sebuah samudra.internal . "Anda mengambil informasi dari misi eksplorasi ruang angkasa ini dan mengusulkan eksperimen seperti tipe Miller dalam konteks atmosfer Titan."

Peneliti lain menyelidiki apa yang akan terjadi pada komponen asli atmosfer Titan, nitrogen dan metana, ketika komponen tersebut terkena pelepasan listrik yang dikenal sebagai corona, dengan muatan positif dan negatif. . Tujuannya adalah untuk menentukan jenis molekul yang dapat terbentuk. "Kami menemukan  proses ini memungkinkan kami melakukan fiksasi abiotik pada molekul nitrogen, yaitu pemecahan molekul tersebut dalam kondisi di mana tidak ada makhluk hidup."

Untuk menjawab pertanyaan: bisakah kimia prebiotik ada di permukaan Titan; Ilmuwan mengedarkan gas dari atmosfer Titan ke dalam perangkat, merendam perangkat dalam nitrogen cair, karena suhu satelit yang rendah, dan menggunakan pelepasan plasma. Setelah sepuluh minggu, dia menganalisis hasilnya dengan teknologi terkini di laboratorium. "dan menemukan produksi asam amino seperti urea, yang terdengar mirip dengan apa yang ditemukan Miller. Hal ini memungkinkan kami untuk mengatakan  hanya karena alasan cara kerja kimia, yaitu, dari rekombinasi bahan mentah esensial dalam kondisi yang memadai, asam amino dapat dihasilkan.

Munculnya hipotesis kaldu primitif terjadi hampir seabad yang lalu. Ilmuwan Inggris JBS Haldane dan ilmuwan Rusia AI Oparin adalah orang pertama yang mencoba menghidupkan konsep Darwin tentang kolam kecil yang hangat. Oparin dan Haldane berteori  atmosfer pertama bumi mengandung sekumpulan bahan kimia yang, bila dilarutkan dalam air dan diberi energi oleh petir, mungkin akan menghasilkan sel-sel hidup pertama.

Hipotesis Haldane   Oparin masih belum terbukti sampai karya mahasiswa pascasarjana Amerika Stanley L. Miller dan penasihat doktoralnya, Harold C. Urey. Pada tahun 1953, keduanya melepaskan percikan listrik ke dalam campuran gas untuk meniru atmosfer pertama bumi, dan eksperimen tersebut menghasilkan beberapa bahan penyusun kehidupan pertama. Hal ini dianggap sebagai tonggak penting dalam perkembangan kisah asal usul abiogenesis, dan masih dikutip di banyak buku teks.

Namun, seperti yang kita ketahui sekarang, terdapat masalah besar dalam eksperimen Miller   Urey. Gas-gas yang digunakan untuk menyimulasikan atmosfer bumi awal menghabiskan gas-gas lain yaitu, gas-gas tersebut kekurangan oksigen, yang cenderung memecah molekul organik yang diperlukan untuk membangun kehidupan.

Ini mungkin tidak tampak seperti sebuah masalah. Namun pada tahun 1960an, serangkaian ahli geofisika dan ilmuwan bumi menyimpulkan  atmosfer awal bumi berasal dari gunung berapi dan mengandung uap air.   Mengapa hal ini penting? Uap air mengandung oksigen dan oleh karena itu berakibat fatal bagi sintesis organik dalam sup primitif.