Esperimento di Miller-Urey
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L'esperimento di Miller-Urey rappresenta la prima dimostrazione che molecole organiche si possono formare spontaneamente a partire da sostanze inorganiche più semplici nelle giuste condizioni ambientali.
Questo esperimento fu condotto negli anni 50 da Stanley Miller e da Harold Urey per dimostrare la teoria di Oparin e Haldane i quali ipotizzavano che le condizioni della Terra primordiale avessero favorito reazioni chimiche conducenti alla formazione di composti organici a partire da componenti inorganiche.
==L'esperimento di Miller Miller per compiere questo esperimento ha impostato determinate condizioni ambientali che si pensavano essere presenti a quel tempo. E'partito dal presupposto che in quell'atmosfera non ci fosse Ossigeno libero quanto piuttosto abbondasse idrogeno, l'elemento più abbondante dell'universo e altri gas quali metano(CH4)e ammoniaca (NH3)oltre ad acqua (H2O). Con queste condizioni ed in presenza di una fonte di energia come fulmine o come il sole, si sarebbero potute originare (secondo gli scienziati) molecole più complesse.
Per l'esperimento Miller e il socio si servirono dei gas elencati precedentemente contenuti in un sistema sterile costituito da due sfere contenenti l'una acqua allo stato liquido e l'altra due elettrodi, collegate tra loro da un sistema di tubi sigillati. L'acqua veniva scaldata per indurre la formazione di vapore acqueo mentre i due elettrodi venivano utilizzati per fornire scariche elettriche che simulavano fulmini in presenza di quella "atmosfera". Il tutto veniva poi raffreddato cosicché l'acqua potesse ricondensare e ricadere nella prima sfera per ripetere il ciclo di nuovo. Dopo circa una settimana ininterrotta in cui le condizioni erano mantenute costanti, Miller osservò che circa il 15% del carbonio era andato a formare composti organici, tra cui alcuni amminoacidi ed altri potenziali costituenti biologici, come elencati qui sotto.
[modifica] Risultati
Per ogni 59.000 micromoli di CH4 trasformati si sono ottenuti:[1]:
| Prodotto | Formula | produzione (quantità in μmol) |
Atomi di Carbonio | quantità Atomi di Carbonio in μmol |
|---|---|---|---|---|
| Acido formico | H − COOH | 2330 | 1 | 2330 |
| Glicina* | H2N − CH2 − COOH | 630 | 2 | 1260 |
| Acido glicolico | HO − CH2 − COOH | 560 | 2 | 1120 |
| Alanina* | H3C − CH(NH2) − COOH | 340 | 3 | 1020 |
| Acido lattico | H3C − CH(OH) − COOH | 310 | 3 | 930 |
| β-Alanina | H2N − CH2 − CH2 − COOH | 150 | 3 | 450 |
| Acido acetico | H3C − COOH | 150 | 2 | 300 |
| Acido propionico | H3C − CH2 − COOH | 130 | 3 | 390 |
| Acido iminodiacetico | HOOC − CH2 − NH − CH2 − COOH | 55 | 4 | 220 |
| Acido diaminoacetico | H3C − NH − CH2 − COOH | 50 | 3 | 150 |
| Acido α-amino-n-butirrico | H3C − CH2 − CH(NH2) − COOH | 50 | 4 | 200 |
| Acido α-idrossi-n-butirrico | H3C − CH2 − CH(OH) − COOH | 50 | 4 | 200 |
| Acido succinico | HOOC − CH2 − CH2 − COOH | 40 | 4 | 160 |
| Urea | H2N − CO − NH2 | 20 | 1 | 20 |
| N-Metilurea | H2N − CO − NH − CH3 | 15 | 2 | 30 |
| N-Metilalanina | H3C − CH(NH − CH3) − COOH | 10 | 4 | 40 |
| Acido glutammico* | HOOC − CH2 − CH2 − CH(NH2) − COOH | 6 | 5 | 30 |
| Acido aspartico* | HOOC − CH2 − CH(NH2) − COOH | 4 | 4 | 16 |
| Acido α-aminoisobutirrico | H3C − C(CH3)(NH2) − COOH | 1 | 4 | 4 |
|
Totale:
|
4916 | 8944 |
Forti di queste considerazioni, Miller e Urey svolsero un esperimento con cui poterono dimostrare che scariche elettriche (simulanti fulmini) in presenza di acqua nonché di una mistura di gas tra cui metano e ammoniaca portavano alla formazione di diverse molecole organiche tra cui alcuni aminoacidi.
Le condizioni utilizzate dai due studiosi, in realtà, non riproducevano esattamente quelle dell'atmosfera primordiale, ma furono sufficienti comunque a rendere plausibile la possibilità che la vita si sia sviluppata proprio partendo dagli elementi già presenti nel pianeta.
In contrapposizione a questo, vi è l'ipotesi che la vita (o i mattoni indispensabili per il suo sviluppo) siano arrivati tramite un meteorite o una cometa schiantatisi sulla Terra nel corso dei suoi primi miliardi di anni di vita e contenenti molecole organiche complesse il catalizzatore dello sviluppo di organismi vitali. Per chiarire ciò, nel 2005 la sonda Deep Impact ha "sparato" un proiettile andatosi a schiantare contro la cometa Tempel 1 per poterne analizzare il contenuto.
[modifica] Reazioni chimiche ipotizzate
Effettuando dei prelievi durante l'esperimento, Miller ed Urey osservarono che la concentrazione di ammoniaca diminuiva progressivamente mentre le concentrazioni di acido cianidrico e di cianogeno aumentavano costantemente, come anche per le aldeidi. Gli aminoacidi comparivano più tardi a spese dell'acido cianidrico e delle aldeidi. Questo fa supporre che gli aminoacidi si siano formati a partire dalle aldeidi e dall'acido cianidrico con un meccanismo ben noto in chimica organica che prende il nome di sintesi aminoacidica di Strecker[2].
[modifica] Bibliografia
- ^ Richard E. Dickerson: Chemische Evlution und der Ursprung des Lebens, in Spektrum der Wissenschaft, 1979, Vol 9, pag 193
- ^ Dicherson Richard E. L'evoluzione chimica e l'origine della vita in Letture da Le Scienze, Gli albori della vita. Dalle macromolecole alle prime cellule. a cura di Alessandro Minelli, Milano 1984
- Miller S. L. (1953). Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions. Science 117(3046): 528-529. DOI:10.1126/science.117.3046.528.
- Miller S. L. (1955). Production of Some Organic Compounds under Possible Primitive Earth Conditions. J. Am. Chem. Soc. 77(9): 2351-2361.
- Miller S. L. (1957). The Mechanism of Synthesis of Amino Acids by Electric Discharges. Biochimica et Biophysica Acta 23: 480.
- Miller S. L., and Urey H. C (1959). Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth. Science 130: 245.
- Oró J. (1963). Synthesis of Organic Compounds by Electric Discharges. Nature 197: 862-867.
- Ring D., Wolman Y., Friedmann N., and Miller S. L. (1972). Prebiotic Synthesis of Hydrophobic and Protein Amino Acids. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 69(3): 765-768.
