Стэнли Миллер: Өмірдің пайда болуы зерттемелерінің ғалымы

Кіріспе

Американдық ғалым (1930–2007) американдық химик

Стэнли Ллойд Миллер (7 наурыз 1930 – 20 мамыр 2007) – өмірдің пайда болуына қатысты маңызды эксперименттер жасаған американдық химик. Ол, қарапайым химиялық процестер арқылы органикалық емес заттардан кең ауқымды өмірлік маңызды органикалық қосылыстарды синтездеуге болатынын көрсетті. 1952 жылы ол Миллер-Юри экспериментін жүргізді, ол органикалық емес прекурсорлардан күрделі органикалық молекулаларды синтездеуге болатынын көрсетті. Бұл эксперимент кеңінен жарияланып, ерте Жердің химиялық эволюциясы тірі емес органикалық емес молекулалардан органикалық қосылыстардың табиғи синтезін тудырған деген идеяны қолдады.

Өмір және мансап

Стэнли Миллер Калифорния штатының Окленд қаласында дүниеге келді. Ол Белоруссия мен Латвиядан келген еврей иммигранттарының ұрпақтары – Натан мен Эдит Миллерлердің екінші баласы (ағасы Дональдтан кейін). Әкесі заңгер болды және 1927 жылы Окленд округінің прокурорының орынбасары қызметін атқарды. Анасы мектеп мұғалімі болғандықтан, отбасында білім беруге қатысты орта қалыптасты. Ол Окленд орта мектебінде «химия шебері» деп аталды. Химияны оқуға себеп, ағасы Дональд оған осы салада көмектесе алады деген сенім болды. 1951 жылдың маусымында BSC бакалаврлық дәрежесін аяқтады. Кейіннен әкесінің 1946 жылы қайтыс болуына байланысты отбасында қаржылық қиындықтар туды. Беркли университетінің профессорларының көмегімен (UC Берклиде сол кезде ассистенттік қызмет болған жоқ), 1951 жылдың ақпан айында Чикаго университетінде оқытушы ассистенті болып жұмыс істеуге мүмкіндік алды, бұл аспирантурада оқу үшін қажетті қаражатты қамтамасыз етті. Миллер 1951 жылдың қыркүйегінде Чикаго университетінің PhD бағдарламасына қабылданды. Ол диссертация тақырыбын іздеуде белсенділік танытты, түрлі профессорлармен кездесті, бірақ тәжірибелердің қиындығына байланысты теориялық мәселелерге көбірек бейімділік танытты. Бастапқыда ол теориялық физик Эдвард Теллермен элементтерді синтездеу бойынша жұмыс істеуге келісті. Университет дәстүріне сәйкес, аспиранттар семинарларға қатысуға міндетті болғандықтан, ол химия семинарына қатысты, онда Нобель сыйлығының лауреаты Гарольд Юри Күн жүйесінің пайда болуы және алғашқы Жер атмосферасы сияқты тотығу ортасында органикалық синтездің мүмкіндігі туралы лекция оқыды. Миллер осы лекциядан үлкен шабыт алды. Теллермен бір жыл жемісті жұмыс істегеннен кейін және Теллердің сутекті бомбаны жасау үшін Чикагодан кетуі мүмкін болғандықтан, 1952 жылдың қыркүйегінде Юри Миллерге жаңа зерттеу жобасын ұсынды. Юри Миллердің пребиотикалық синтезге деген қызығушылығына бірден қуанбады, өйткені бұл салада табысты жұмыс жүргізілмеген еді, тіпті ол метеориттердегі таллийді зерттеуді ұсынды. Міндеттілік танытып, Миллер Юриді газдарда электр разрядын зерттеуге көндірді. Эксперименттер нәтижесінде реакциялық ыдыста аминқышқылдарының пайда болуына дәлелдер табылды. Ол реакциялық түтікте табылған аминқышқылдарының көзі шыбыңның экскременттері болуы мүмкін деген қорқынышпен жүрді (немесе сыныптастары оны осылай сынады). Бірақ бұл дұрыс емес еді, нәтижесінде таза органикалық емес процестер арқылы көптеген «органикалық» химиялық қосылыстардың өндірілуі мүмкін екендігі дәлелденді. Миллер 1954 жылы докторлық дәрежесін алып, ұзаққа созылған беделге ие болды. Жұлдыздардың спектроскопиялық бақылауларынан белгілі болғандай, көміртегіге бай жұлдыздардан шығатын газдарда химиялық реакциялар нәтижесінде күрделі органикалық қосылыстар пайда болады. «Пребиотикалық органикалық» қосылыстар мен өмірдің пайда болуы арасындағы байланыс мәселесі әлі де шешілмей тұр. Докторлық дәрежесін аяқтағаннан кейін, Миллер 1954 және 1955 жылдары Калифорния технология институтына Ф. Б. Джуетт стипендиаты ретінде ауысты. Мұнда ол амин және гидроксикарбоксил қышқылдарының синтезіне қатысы бар механизмді зерттеді. Содан кейін ол Нью-Йорктегі Колумбия университетінің дәрігерлер мен хирургтар колледжінің биохимия кафедрасына қосылды, онда келесі бес жыл жұмыс істеді. Сан-Диегодағы Калифорния университеті құрылғанда, ол 1960 жылы химия кафедрасының алғашқы ассистент профессоры, 1962 жылы доцент, ал 1968 жылы толық профессор болды. Сонымен қатар, ол «Жердегі өмірдің пайда болуы» атты кітаптың авторларының бірі болды.

Stanley Miller was born in Oakland, California. He was the second child (after a brother, Donald) of Nathan and Edith Miller, descendants of Jewish immigrants from Belarus and Latvia. His father was an attorney and had the office of the Oakland Deputy District Attorney in 1927. His mother was a school teacher so that education was a natural environment in the family. In fact, while in Oakland High School he was nicknamed "a chem whiz". He followed his brother to the University of California at Berkeley to study chemistry mainly because he felt that Donald would be able to help him with the topic. He completed his BSC in June 1951. He then had financial problems, as his father died in 1946 leaving the family with a money shortage. With the help from Berkeley faculty (UC Berkeley did not then have assistantships), he was offered a teaching assistantship at the University of Chicago in February 1951, which could provide the basic funds for graduate work. Miller enrolled in the University of Chicago PhD program in September 1951. He searched frantically for a thesis topic, meeting various professors, and he preferred theoretical problems as experiments tended to be laborious. He was initially convinced to work with the theoretical physicist Edward Teller on synthesis of elements. Conforming to the custom of the university, such that a graduate student is obliged to attend seminars, he attended a chemistry seminar in which the Nobel laureate Harold Urey gave a lecture on the origin of solar system and how organic synthesis could be possible in a reducing environment such as the primitive Earth's atmosphere. Miller was immensely inspired. After a year of fruitless work with Teller, and the prospect of Teller leaving Chicago to work on the hydrogen bomb, Miller was approached by Urey in September 1952 for a fresh research project. Urey was not immediately enthusiastic on Miller's interest in pre biotic synthesis, as no successful work had been done, and he even suggested working on thallium in meteorites. With persistence Miller persuaded Urey to experiment with electric discharges in gases. The experiments found evidence for the production of amino acids in the reaction vessel. He was always afraid that some specks of fly excrement might be the source of the amino acids he discovered in the reaction tube (or was so chided by his classmates). This was not the case and the result was a demonstration that many "organic" chemical compounds could be produced by purely inorganic processes. Miller eventually earned his doctorate degree in 1954, and a long lasting reputation. From spectroscopic observations of stars, it is now well known that complex organic compounds are formed in the gases blown off of carbon rich stars as a result of chemical reactions. The fundamental issue of what is the association between "pre biotic organic" compounds and the origin of life has remained. After completing a doctorate, Miller transferred to the California Institute of Technology as a F. B. Jewett Fellow in 1954 and 1955. Here he worked on the mechanism involved in the synthesis of amino and hydroxycarboxylic acids. He then joined the Department of Biochemistry at the College of Physicians and Surgeons, Columbia University, New York, where he worked for the next five years. When the new University of California at San Diego was established, he became the first assistant professor of the Department of Chemistry in 1960, and an associate professor in 1962, and then a full Professor in 1968. He also co authored the book "The Origin of Life on Earth."

Миллер эксперименті

Миллер эксперименті оның 1953 жылғы 15 мамырда жарияланған Science журналындағы техникалық мақаласында сипатталған. Бұл зерттеу өмірдің пайда болуына қатысты ғылыми идеялардың түсінігін өзгертіп, оны сенімді эмпириялық зерттеуге айналдырды. Оның жұмысы өмірдің пайда болуының ғылыми негізінің классикалық оқулық анықтамасы болды, немесе дәлірек айтқанда, Опарин мен Холдейннің "алғашқы сорпа" теориясының алғашқы нақты эксперименттік дәлелі. Юри мен Миллер бастапқы Жердің мұхит атмосфералық жағдайын модельдеу үшін метан (CH4), аммиак (NH3) және сутек (H2) қоспасына үздіксіз бу ағынын жіберді. Газ қоспасы содан кейін электр разрядына ұшыратылды, бұл химиялық реакцияны тудырды. Бір апталық реакциядан кейін Миллер қағаз хроматографиясы арқылы глицин, α және β аланин сияқты аминқышқылдарының пайда болғанын анықтады. Ол сонымен қатар аспартик қышқылы мен гамма-аминобүтир қышқылын да анықтады, бірақ олардың нәтижелеріне толық сенімді болған жоқ. Аминқышқылдар жасушалық өмірдің негізгі құрылымдық және функционалдық құрауы болып табылатындықтан, эксперимент Жердегі өмірдің пайда болуы үшін табиғи органикалық синтездің мүмкіндігін көрсетті.

Жариялау мәселесі

Миллер өзінің нәтижелерін Урейге көрсетті, ол дереу жариялауды ұсынды. Урей Миллерге жеткілікті есім немесе ешқандай есім берілмейтінінен қауіптеніп, бірлескен автор болудан бас тартты. Миллер жалғыз автор ретінде жазған қолжазба 1953 жылғы 10 ақпанда Science журналына жіберілді. Бірнеше апта күткеннен кейін, Урей хабарласып, 27 ақпанда редакция төрағасына қолжазбаны қарау ісінің тоқтап тұрғаны туралы хат жазды. Бір ай өтті, бірақ шешім шығарылмады. 10 наурызда ашуланған Урей қолжазбаны қайтаруды талап етті және ол оны 13 наурызда Американдық химия қоғамының журналына тапсырды. Осы кезде Science журналының редакторы, Урейдің айтқанына ашуланып, тікелей Миллерге хат жазып, қолжазба жарияланатынын мәлімдеді. Содан кейін Миллер қолжазбаны Американдық химия қоғамы журналынан қайтарып алды.

Қадағалау

Миллер 2007 жылы қайтыс болғанға дейін зерттеулерін жалғастырды. Жердің алғашқы атмосферасы туралы білім артып, химиялық талдау техникалары жетілдікке жеткенде, ол бұл мәліметтерді және әдістерді одан әрі дамыта берді. Ол аминокислоталардың көптеген түрлерін ғана синтездеумен шектелмей, сонымен қатар жасуша құрылысы мен метаболизмі үшін қажетті түрлі бейорганикалық және органикалық қосылыстарды да жасады. Бұл деректерді бірнеше тәуелсіз зерттеушілер де химиялық синтездің мүмкіндіктерін растады. Соңғы ашылулар көрсеткендей, Миллердің бастапқы эксперименттік гипотезасындағы қатаң тотығу ортасынан өзгеше, алғашқы атмосфера мүлдем бейтарап болуы мүмкін және әртүрлі пропорцияда басқа газдарды қамтитын болған. Миллердің 2008 жылы, қайтыс болғаннан кейін жарияланған соңғы жұмыстары, осындай жағдайларда да органикалық қосылыстардың кең спектрін синтездеуге қол жеткізді.

Қайта бағалау

1972 жылы Миллер және оның әріптестері 1953 жылғы экспериментті қайталады, бірақ ион алмасу хроматографиясы және газ хроматографиялық массалық спектрометрия сияқты жаңадан жасалған автоматты химиялық анализаторлар қолданды. Олар 33 аминқышқылын синтездеді, оның ішінде 10-ы тірі организмдерде табиғи түрде кездеседі. Бұған 1969 жылы Австралияға құлаған Мерчисон метеоритінде табылған барлық негізгі α-аминқышқылдар кірді. Келесі электр разряды эксперименті метеориттегіден гөрі көбірек түрлі аминқышқылдарды өндірді. Миллер қайтыс болғанға дейін оның университеттік зертханалық материалдарының арасында кептірілген қалдықтары бар бірнеше қорап табылды. Бір жазбада оның 1952-1954 жылдардағы үш түрлі аппаратты пайдалану арқылы жасалған алғашқы эксперименттері және 1958 жылы газдық қоспаға алғаш рет күкірт сутегін (H2S) қосып, нәтижесі жарияланбағандығы көрсетілген. 2008 жылы оның студенттері 1952 жылғы үлгілерді жоғары өнімді сұйық хроматографиясы және сұйық хроматографиялық-уақыт ұшу массалық спектрометриясы сияқты жоғары сезімтал әдістерді қолдана отырып қайта талдады. Олардың нәтижесі 22 аминқышқыл және 5 амин синтезделгенін көрсетті, бұл алғашқы Миллер эксперименті 1953 жылы хабарланғаннан әлдеқайда көп қосылыстарды өндіргенін аңғартады. 2011 жылы жарияланбаған 1958 жылғы үлгілер талданды, нәтижесінде 23 аминқышқыл және 4 амин, оның ішінде 7 күкіртті қосылыс анықталды.

Өлім

1999 жылдың қарашасынан бастап Миллер бірнеше рет инсульт алды, осының салдарынан оның физикалық белсенділігі күрт төмендеді. Ол Сан-Диегоның оңтүстігіндегі Ұлттық қаласындағы қарттар үйінде тұрып, 2007 жылдың 20 мамырында жақын жердегі Парадайс ауруханасында қайтыс болды. Одан кейін ағасы Дональд пен оның отбасы, сондай-ақ оның жақын серіктесі Мария Моррис қалды. 2008 жылы Халықаралық Тіршілік пайда болуын зерттеу қоғамы 37 жасқа дейінгі ғалымдарға арналған Стенли Л. Миллер сыйлығын тағайындады.