米勒-尤里实验

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米勒-尤里實驗（Template:Lang）或称米勒实验（Template:Lang）是一項模擬假設性早期地球環境的實驗，研究目的是測試化學演化的發生情況。尤其是針對亞歷山大·歐帕林與约翰·伯顿·桑驗，該學說認為早期地球環境使無機物合成有機化合物的反應較易發生。

米勒-尤里實驗是關於生命起源的經典實驗之一，由芝加哥大學的史丹利·米勒與哈羅德·尤里於1953年主導完成，其結果以《在可能的早期地球環境下之胺基酸生成》（A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions）為題發表[1][2][3]。米勒实验对后来探索前生物分子的非生物合成具有相当大的启发性，至今依然是教科书中关于生命起源的经典实验。

實驗方式與結果

實驗圖解。右下燒瓶模擬海洋環境，左上燒瓶則模擬閃電。

在實驗中，研究者將水（H2O）、甲烷（CH4）、氨（NH3）、氫氣（H2）與一氧化碳（CO）密封於無菌狀態下的玻璃管於燒瓶內，並將其連結形成一個迴路。裝置中的一個燒瓶裝著半滿的液態水，另一個則含有一對電極。首先將液態水加熱促使其蒸發，進而產生水蒸氣；而另一燒瓶的電極通電後會產生火花，以模擬閃電。水蒸氣經過電極之後，又再度凝結並重回原先裝水的燒瓶中，使實驗得以循環進行。

於實驗開始一週後的觀察中發現，約有10%到15%的碳以有機化合物的形式存在。其中2%屬於胺基酸，以甘胺酸最多。而糖類、脂質與一些其他可構成核酸的原料也在實驗中形成；核酸本身，如DNA或RNA則未出現。在實驗中產生的各種化合物皆同時有左式與右式之鏡像異構物。（注：一般報導將「左式 L-form」「右式 D-form」誤译為「左旋」「右旋」，事實上幾乎所有生物化學的教材均說明生物胺基酸為「左式 L-form」，但卻大多為「右旋光性」）

除了上述实验之外，米勒还进行了其他相关的实验，但这些实验都没有发表，产物也没有进行分析。2008年，11名科学家重新分析了米勒-尤里实验留下的实验瓶样品，借助于高效液相色谱和质谱技术，他们发现该实验产生的有机化合物比原先报道的要多。[4]有机物数量最多的是一个模拟火山爆发情景的实验：水蒸气推动着其他气体进入一个经过改造的烧瓶中，加入抽气装置，使气体流动的速度加快。在电火花的作用下，水分子在这种情况下可以均裂生成羟基自由基，再加之其他分子参与的反应，该实验一共得到了22种氨基酸，5种胺，以及很多羟基化的化合物。[5]羰基硫可以帮助这些氨基酸缩合形成多肽。这些进一步的研究为化学演化的假说提供了证据，使生命起源的问题再次回归焦点。[6]

米勒实验证明：由无机物合成小分子有机物是完全有可能的。

實驗反應式

實驗中首先形成醛（R-CHO）與氰化氫（HCN），而兩者可作為接下來化學反應的原料，經由下列等通式生成其他化合物：

式一: R-CHO + HCN + H2O
→
 H2N-CHR-COOH
  醛   胺基酸


式二: R-CHO + HCN + 2 H2O
→
 HO-CHR-COOH + NH3
  醛   羟基酸

含碳產物列表

由初始的59000微莫耳（μmol）的甲烷（CH4）所形成的含碳產物[7]：

產物 化學式 化合物莫耳數
(μmol) 		每一分子的碳原子數 碳原子莫耳數
(μmol)
甲酸 H−COOH 2330 1 2330
甘氨酸* H2N−CH2−COOH 630 2 1260
乙醇酸 HO−CH2−COOH 560 2 1120
丙氨酸* H3C−CH(NH2)−COOH 340 3 1020
乳酸 H3C−CH(OH)−COOH 310 3 930
β-丙氨酸 H2N−CH2−CH2−COOH 150 3 450
乙酸 H3C−COOH 150 2 300
丙酸 H3C−CH2−COOH 130 3 390
亞氨基二乙酸 HOOC−CH2−NH−CH2−COOH 55 4 220
肌氨酸 H3C−NH−CH2−COOH 50 3 150
α-氨基丁酸 H3C−CH2−CH(NH2)−COOH 50 4 200
α-羥基丁酸 H3C−CH2−CH(OH)−COOH 50 4 200
琥珀酸 HOOC−CH2−CH2−COOH 40 4 160
尿素 H2N−CO−NH2 20 1 20
N-甲基尿素 H2N−CO−NH−CH3 15 2 30
3-氮雜己二酸 HOOC−CH2−NH−CH2−CH2−COOH 15 5 75
N-甲基丙氨酸 H3C−CH(NH−CH3)−COOH 10 4 40
穀氨酸* HOOC−CH2−CH2−CH(NH2)−COOH 6 5 30
天冬氨酸* HOOC−CH2−CH(NH2)−COOH 4 4 16
α-氨基異丁酸 H3C−C(CH3)(NH2)−COOH 1 4 4
 
總計
4916   8944

（*合成蛋白質的胺基酸)


參考文獻

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外部連結

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  1. ↑ Template:Cite journal en
  2. ↑ Template:Cite journal en
  3. ↑ Template:Cite journal en
  4. ↑ Template:Cite journal en
  5. ↑ Template:Cite web en
  6. ↑ Template:Cite news
  7. ↑ Richard E. Dickerson: Chemische Evlution und der Ursprung des Lebens, in Spektrum der Wissenschaft, 1979, Heft 9, S. 193
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