Πείραμα Μίλερ – Ούρι: Η παράμετρος που παραβλέφθηκε στην αναζήτηση για την προέλευση της ζωής στη Γη

Ο Σ. Μίλερ παρακολουθεί την εξέλιξη του περίφημου πειράματος για την προέλευση της ζωής στη Γη, που ονομάστηκε πείραμα Μίλερ – Ούρι, καθώς το πραγματοποίησε μαζί με τον συνάδελφό του Χ. Ούρι

Το πώς εμφανίστηκε η ζωή στη Γη απασχολεί τον άνθρωπο επί χιλιετίες. Η κυρίαρχη θεωρία είναι ότι στην πρώιμη Γη οι κεραυνοί ήταν πολύ πιο συχνοί απ΄ ό,τι σήμερα και βομβάρδιζαν ακατάπαυστα την ατμόσφαιρα και τα πλούσια σε διαλυμένες ανόργανες χημικές ουσίες νερά, που συσσωρεύονταν αρχικά σε λίμνες και αργότερα σε θάλασσες στην επιφάνειά της.

Η Ενέργεια από τους κεραυνούς αλλά και από την υπεριώδη ακτινοβολία του Ήλιου προκαλούσε χημικές αντιδράσεις μεταξύ των ανόργανων ουσιών στα νερά και στην ατμόσφαιρα, που κατακρημνίζονταν με τη βροχή καταλήγοντας και αυτά στα λιμνάζοντα νερά. Αποτέλεσμα ήταν η παραγωγή όλο και πιο σύνθετων οργανικών ουσιών, σακχάρων, αμινών, αλλά ακόμη και αμινοξέων, δηλαδή των δομικών συστατικών των πρωτεϊνών, ουσιών χαρακτηριστικών για τη ζωή, τουλάχιστον όπως τη γνωρίζουμε στη Γη. Το μείγμα που προέκυπτε ήταν η λεγόμενη «αρχέγονη σούπα», που περιείχε τα απαραίτητα συστατικά, ώστε να εμφανιστούν πρωτόλεια ασκίδια, μέσα στα οποία πραγματοποιούνταν ένα είδος μεταβολισμού, όπου κάποια στιγμή έκανε την εμφάνισή του το RNA και μετέπειτα το DNA (αποτελούμενα και τα δύο από νουκλεοτίδια, δηλαδή ενώσεις σακχάρων, φωσφορικού οξέος και αζωτούχων βάσεων), δίνοντας δυνατότητα αποτύπωσης και κληρονόμησης γενετικού κώδικα.

Το πείραμα

Η ευρύτατη αποδοχή αυτής της θεωρίας από τον επιστημονικό κόσμο οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στο περίφημο πείραμα Μίλερ – Ούρι. Το 1952, ο Στάνλεϊ Μίλερ και ο Χάρολντ Ούρι προσομοίωσαν τις συνθήκες της πρώιμης Γης, κλείνοντας μια ποσότητα νερού, μεθανίου, αμμωνίας και υδρογόνου μέσα σε μια γυάλα. Στη συνέχεια προκάλεσαν για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα ηλεκτρικές εκκενώσεις μέσα στο μείγμα. Στο βαθύχρωμο υγρό που σχηματίστηκε ανιχνεύτηκαν αμινοξέα και πλειάδα άλλων οργανικών ενώσεων. Όμως, πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών διαπίστωσε ότι όπως και στην περίπτωση της «αρχέγονης σούπας», που περιεχόταν μέσα σε κοιλώματα στα πετρώματα του πλανήτη, το δοχείο του πειράματος Μίλερ – Ούρι έπαιξε ρόλο που είχε έως τώρα περάσει απαρατήρητος και ήταν κρίσιμος για τη δημιουργία τόσων και τόσο περίπλοκων οργανικών χημικών ενώσεων.

Σήμερα οι ερευνητές στα χημικά εργαστήρια χρησιμοποιούν συχνά και πλαστικά δοχεία. Όμως, την εποχή του Μίλερ και του Ούρι, όλα τα δοχεία ήταν γυάλινα, επειδή το γυαλί είναι κατά βάση αδρανές υλικό, που δεν αλληλεπιδρά με τα αντιδραστήρια. Ειδικότερα, το γυαλί που χρησιμοποιείται σε δοχεία και φιάλες βρασμού είναι πυρέξ, ώστε να αντέχει σε απότομες αλλαγές θερμοκρασίας χωρίς να σπάει. Το γυαλί αυτό περιέχει εκτός από πυρίτιο και βόριο. Από τέτοιο γυαλί αποτελούνται και τα γυάλινα σκεύη μαγειρικής σε φούρνο. Όταν αυτό που βράζει μέσα σε ένα δοχείο πυρέξ έχει σε μεγάλο βαθμό νερό, το γυαλί είναι πράγματι αδρανές απέναντι σ΄ αυτό καθώς το λεγόμενο πεχά (pH), η οξύτητα ή αλκαλικότητα, είναι γύρω στο 7 (ουδέτερο πεχά).

Όμως, στο πείραμα Μίλερ – Ούρι, το πεχά ήταν γύρω στο 8,7, δηλαδή αρκετά αλκαλικό ή βασικό (αντίθετο του όξινου). Σε τέτοιο περιβάλλον, το πυρέξ από αδρανές γίνεται αντιδραστήριο, συμμετέχει στις χημικές αντιδράσεις. Η ελαφρά διάβρωση του γυαλιού επισημάνθηκε από τον Μίλερ στα αρχικά του πειράματα, αλλά η ανακάλυψη της εντυπωσιακής χημικής σύνθεσης από οργανικές ουσίες, του προϊόντος του πειράματος επισκίασε την επισήμανσή του. Όλοι οι επόμενοι ερευνητές ασχολήθηκαν με επανάληψη του πειράματος με διαφορετική σύνθεση αερίων, διαφορετική ένταση των ηλεκτρικών εκκενώσεων, ή χρήση διαφορετικών οργάνων ανάλυσης του προϊόντος. Ο ρόλος των πυριτικών ενώσεων ξεχάστηκε εντελώς.

Η γυάλα

Η ομάδα του Ραφαέλε Σαλαντίνο, στο Πανεπιστήμιο της Τούσκια της Ιταλίας, αποφάσισε να επανεξετάσει τον ρόλο του γυαλιού στο συγκεκριμένο πείραμα. Γι΄ αυτό το επανέλαβε σε τρεις παραλλαγές: Σε δοχείο από τεφλόν, που δεν συμμετέχει στην αντίδραση, σε δοχείο από τεφλόν με κομμάτια γυαλιού μέσα στο μείγμα και σε γυάλινο δοχείο, όπως το αρχικό πείραμα. Διαπίστωσε ότι στο δοχείο τεφλόν παράχθηκαν ελάχιστες οργανικές ουσίες, στο δοχείο τεφλόν με κομμάτια γυαλιού περισσότερες, ενώ το γυάλινο δοχείο έδωσε τον μεγαλύτερο αριθμό και τη μεγαλύτερη ποικιλία οργανικών μορίων. Αν και δεν είναι απολύτως σαφές πώς το βοριοπυριτικό γυαλί καταλύει τις αντιδράσεις στο πείραμα Μίλερ – Ούρι, είναι σαφές ότι το κάνει.

Υπήρχε το πυριτικό υλικό του γυαλιού στην αρχέγονη Γη; Το νερό στη Γη υπάρχει πάνω και μέσα στα πετρώματα. Τα βοριοπυριτικά και πυριτικά πετρώματα είναι τα πιο διαδεδομένα ορυκτά που περιβάλλουν το νερό. Άρα ο ίδιος ο φλοιός του πλανήτη λειτούργησε ως καταλύτης για την πραγματοποίηση των απαραίτητων χημικών αντιδράσεων για τον σχηματισμό πολύπλοκων οργανικών μορίων.

Τώρα η ομάδα του Σαλαντίνο ετοιμάζει νέα πειράματα, που θα παίρνουν υπόψη με μεγαλύτερη ακρίβεια την ποσότητα πυριτικών ορυκτών που ήταν διαθέσιμη στην πρώιμη Γη, αλλά και πειράματα όπου τα πυριτικά θα αντικατασταθούν από ορυκτά σαν αυτά που υπάρχουν στους μετεωρίτες, ώστε να διερευνηθεί και η ευκολία αυθόρμητης πραγματοποίησης παρόμοιων χημικών αντιδράσεων στο Διάστημα.

Σχεδόν 70 χρόνια αργότερα, μια θεμελιώδης ανακάλυψη στην αναζήτηση της προέλευσης της ζωής στη Γη, όπως το πείραμα Μίλερ – Ούρι, συνεχίζει να προσφέρει νέα στοιχεία. Όπως λένε στην επιστημονική τους δημοσίευση οι επιστήμονες της ομάδας του Σαλαντίνο, «ο ρόλος των βράχων ήταν κρυμμένος στα τοιχώματα των αντιδραστήρων».

Επιμέλεια: Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ. Πηγή: «Scientific American»

(Αναδημοσίευση από τον «Ριζοσπάστη του Σαββατοκύριακου» 4-5 Δεκέμβρη 2021)