Nemrég vettem észre egy furcsa aránytalanságot a „szakirodalomban”: Az összes általam olvasott kritikus valamiért úgy tesz, mintha az első, 1953 -as Miller-Urey kísérleten kívül soha senki sem próbált meg egyszerű szervetlen anyagokból szerves anyagokat előállítani. Hogy ezt a hiányt orvosoljam, gyűjtöttem pár közleményt, ahol éppen ilyen kísérleteket írnak le. Ezeket a Miller-Urey kísérlettel szembeni ellenérvek köré csoportosítottam. Ez a kis összeállítás a teljesség igénye nélkül született, a kérdés szakirodalma elég bő, csak éppen néhány önkényesen kiragadott példán keresztül szeretném bemutatni, hogy mégis milyen kísérleteket végeztek a prebiotikus földi körülmények modellezésére. Kiemelten csak aminosavakkal és nukleinsavakkal foglalkoztam, más vegyületeket eredményező kísérletek ismertetése nagyon messzire vezetne.

Nemrég vettem észre egy furcsa aránytalanságot a „szakirodalomban”: Az összes általam olvasott kritikus valamiért úgy tesz, mintha az első, 1953 -as Miller-Urey kísérleten kívül soha senki sem próbált meg egyszerű szervetlen anyagokból szerves anyagokat előállítani. Hogy ezt a hiányt orvosoljam, gyűjtöttem pár közleményt, ahol éppen ilyen kísérleteket írnak le. Ezeket a Miller-Urey kísérlettel szembeni ellenérvek köré csoportosítottam. Ez a kis összeállítás a teljesség igénye nélkül született, a kérdés szakirodalma elég bő, csak éppen néhány önkényesen kiragadott példán keresztül szeretném bemutatni, hogy mégis milyen kísérleteket végeztek a prebiotikus földi körülmények modellezésére. Kiemelten csak aminosavakkal és nukleinsavakkal foglalkoztam, más vegyületeket eredményező kísérletek ismertetése nagyon messzire vezetne.

Nyilván ismerjük az ellenérvet, miszerint az ősi Föld légköre nem is olyan volt, mint amit Miller modellezett. Ugyanígy állandóan előkerülő érv, hogy az elektromos kisülések, amiket energiaforrásként alkalmazott nem jó modelljei az ősi Földi körülményeknek. Elsőként lássunk pár olyan kísérletet, ahol a legkülönbözőbb anyagokból a legkülönbözőbb energiaforrások segítségével szerves anyagok jöttek létre!

Miller SL (1953): A production of amino acids under possible primitive Earth conditions. Science vol. 117 no. 3046 pp. 528-529
Elsőként érdemes megnézni Stanley L. Miller életművét. A mára klasszikussá vált kísérletét 1953 -ban közölte le, ebben metánt ammóniát, vízgőzt és hidrogéngázt használt, a gázkeverékkel elektromos kisüléssekkel közölt energiát, valamint a folyadékot melegítette. Mivel a reakció termékét papírkromatográfiával elemezték, glicint, α- és β- alanint, aszparaginsavat azonosítottak, bár ezen kívül egyéb szerves vegyületeket  is eredményezett a reakció, amiket nem tudtak ezzel a módszerrel egyértelműen beazonosítani.

Friedman N, Miller SL (1969): Phenylalanine and tyrosine synthesis under primitive Earth conditions. Science vol. 166 no. 3906 pp. 766-767
Ismert ellenérv, hogy az eredeti, '53 -as Miller-kísérletben csak „egyszerűbb” aminosavak keletkeztek nagy mennyiségben. Ebben a közleményben annak jártak utána, hasonló módon létrejöhet -e tirozin és fenilalanin, azaz két aromás aminosav? A kísérlet alapja a fenilacetilén, ami több különböző egyszerű szénhidrogénből (itt metánt, etánt és ezek különböző arányú keverékét használták) is létrejön melegítés, elektromos kisülések és ibolyántúli sugárzás hatására, így könnyen jelen lehetett az ősi Földön. A fenilacetilén vizes oldatban kén-hidrogén jelenlétében  fenilalaninná alakul melegítés hatására. Ha a fenilacetilénhez kén-hidrogént adtak és ibolyántúli sugárzással kezelték a mintát, a fenilalanin mellett tirozin is keletkezett. A fenilalanin vizes oldatban ibolyántúli sugárzás vagy gamma-sugárzás hatására is tirozinná alakul.

Trump JE, Miller SL (1972): Prebiotic synthesis of methionine. Science vol. 178. no. 4063 pp. 859-860
Ebben a kísérletben kéntartalmú metionin aminosavat állítottak elő metán, nitrogén, vízgőz, kén-hidrogén és nyomnyi mennyiségű ammónia keverékéből, elektromos szikrák segítségével.

Miyakawa S, Yamanashi H, Kobayashi K, Cleaves HJ, Miller SL (2002): Prebiotic synthesis from CO atmospheres: Implications for the origins of life
Ebben a kísérletben szén-monoxid, nitrogén és víz keverékét sugározták be egy protonnyalábbal. Uracil, 5-hidroxiuracil, oroinsav, 4,5-dihidroxipirimidin, nikotinsav, adenin, guanin, glicin, aszparaginsav, szerin, alanin keletkezett.

Bar-Nun A, Bar-Nun N, Bauer SH, Sagan C. (1970): Shock synthesis of amino acids in simulated primitive environments. Science. 168(930):470-3.
A kísérletben egy csövet töltöttek meg a vizsgált gázkeverékekkel, ezt felmelegítették nyolcvan fokra, majd egy dugattyúval hirtelen megnövelték a nyomást, aminek hatására megnőtt a gázkeverék hőmérséklete is. Ezek a körülmények a természetben például egy villám becsapódásakor figyelhetőek meg, vagy bármilyen robbanáskor. A gázkeverék metánt etánt vízgőzt és ammóniát tartalmazott és az egyes sokkok között sósavval is érintkezett. Tíz sokkezelés után a gázkeverékből glicin, alanin, valin és leucin aminosavak képződtek. A reakció kitermelése meglepően jó volt, az egyik kísérletben a jelenlévő ammónia 36% -a aminosavakba épült.

Sagan C, Khare BN. (1971): Long-wavelength ultraviolet photoproduction of amino acids on the primitive Earth. Science. 173(3995):417-20.
A kísérletben egy kerek lombik közepére illesztettek egy ibolyántúli tartományban sugárzó lámpát, az általa kibocsájtott fény szolgáltatott energiát a lombikban végbemenő kémiai reakciókhoz. A gázkeverék ammóniát, metánt, etánt, vízgőzt és kén-hidrogént tartalmazott. A kísérlet során kezdetben kilenc napig 70-90 ºC hőmérsékleten tartották a folyékony vizet, majd a végén három napra 25 ºC fokra engedték hűlni. A kísérletben alanin, glicin, szerin, glutaminsav,  aszparaginsav és cisztein keletkezett.  Ugyanezt a kísérletet elvégezték úgy is, hogy a lombikot végig szobahőmérsékleten tartották, ekkor is ugyanezek az aminosavak keletkeztek.

Miyakawa S, Cleaves HJ, Miller SL (2002): The cold origins of life B. Implications based on pyrimidines and purines produced from frozen ammonium cyanide solutions. Origins of Life and Evolution of the Biosphere 32: 209-218
Ebben a közleményben egy igazán pofonegyszerű kísérletet írnak le. Készítettek egy híg (0,15-0,1 M) ammónium-cianid  oldatot, majd lefagyasztották -78  ºC fokra és úgy hagyták huszonhét éven át. A kísérlet végén uracilt, citozint, adenint és guanint találtak benne, magyarán a nukelinsavak építőelemeit. E mellett még egy csomó egyéb szerves vegyületet 5-aminouracilt, 5-hidroxiuracilt, xantint (ez egy purinbázis), 4,5-hidroxipirimidint, hipoxantint, 2,6-diaminopurint.

Draganíc ZD, Draganíc ID, Voyanovíc SV (1978): The radiation chemistry of aqueous solutions of cyanamide. Radiation research 75, 508-518
Ebben a kísérletben ciánamid oldatot sugároztak be gamma-sugarakkal, aminek eredményeként hidrogén, szén-dioxid, ammónia és arginin keletkezett.  

Draganíc ID, Draganíc ZD, Shushtarian MJ (1976): The radiation chemistry of aqueous solutions of acetonitrile and propionitrile. Radiation research 66, 54-65
Ebben a kísérletben acetonitril és propionitril vizes oldatát kezelték gamma-dugárzással. Acetonitrilből lizin, aszparaginsav, szerin, glutaminsav, glicin, alanin keletkezett. Propionitrilből e hat aminosav mellett arginin is keletkezett.

Huber C, Wächtershäuser G (2006): α-hydroxy and α-amino acids under possible Hadean, volcanic origin of life conditions. Science vol. 314 p. 630
Egész eddig olyan kísérletekről volt szó, ahol üveglombikokban mentek végbe a kémiai reakciók. Azonban könnyen belátható, hogy ez durva egyszerűsítés, hiszen akár csak egy tengeröbölben számos különböző kőzettel kapcsolatba kerül a víz, amelyek bármelyike működhet katalizátorként, így csökkentve egy reakció energiaigényét. Ez a közlemény ezt a lehetőséget vizsgálja, nikkel és vas katalizátort alkalmaztak, a reakcióelegybe szén-monoxid, kálium-cianid került, valamint magnézium-hidroxid vagy kálcium-hidroxid, illetve nátrium-szulfid, nátrium-metánthiolát. Ezeket az elegyeket különböző hőmérsékleteken különböző ideig hagyták reagálni, mint az alábbi táblázatból látható, különböző körülmények között különböző arányban keletkeztek hidroxisavak és aminosavak.  Egy állandóan előkerülő probléma, hogy ha ki is alakultak a monomerek, hogyan polimerizálódtak, vagyis hogyan kapcsolódtak össze az aminosavak peptidekké, majd fehérjékké? Nem meglepő módon erre is ismerünk kísérleteket.

Leman L, Orgel L, Ghadiri MR (2004): Carbonyl sulfide-mediated prebiotic formation of peptides. Science vol. 306 no. 5694 pp. 283-286
A karbonil-szulfid egyszerű gáz, vulkáni működések során keletkezik. Ha fenilalanin oldathoz adták, majd 25 fokon állni hagyták két napig, a fenilalanin egy része dipeptiddé alakult. Meglepő módon oxigén hozzáadásával a reakció kitermelése javult. Ha az oldatba ólom-kloridot vagy kadmium-kloridot  adtak, a dipeptidek mellett tripeptidek is keletkeztek.  Ha a fenilalanin mellé tirozint, leucint, alanint, vagy szerint adtak vegyes di- és tripeptidek keletkeztek.

Imai E, Honda H, Hatori K, Brack A, Matsuno K (1999):Elongation of peptides in a simulated submarine hydrothermal system. Science vol. 283 no. 5403 pp. 831-833
Ebben a kísérletben egy mélytengeri hőforrás viszonyait próbálták modellezni. Nagy nyomáson keringettek glicin oldatot, amit a rendszer egyik kamrájában 200-250  ºC fokra hevítettek, majd a következő kamrában nulla fokra hűtöttek. A kezelés hatására a glicin monomerekből dipeptidek és tripeptidek alakultak ki. Ha réz-kloridot is feloldottak a vízben a glicin mellett, akkor a reakcióban hat aminosavból álló peptidek is keletkeztek.

Valamiért örökké visszatérő kifogás, hogy az eredeti, 1953 -a Miller-kísérletben L és D aminosavak is keletkeztek. Ugyan azt, hogy ez miért tenné lehetetlenné az élet kialakulását, eddig még sehol sem olvastam, de nyilván van erre magyarázat, csak én pont nem találtam meg. Találunk -e valamilyen modellt arra, hogyan alakulhat ki az L vagy a D aminosavak túlsúlya?

Bondy SC, Harrington ME (1979): L amino acids and D-glucose bind stereospecifically to a colloidal clay. Science vol. 203 no. 4386 pp. 1243-1244
A mi szempontunkból nagyon lényeges kérdés az oldott aminosavak szilárd hordozófelülethez kötődése, hiszen ez a legkézenfekvőbb módja a koncentrációjuk növelésének. Ebben a kísérletben azt vizsgálták, hogy L és D leucin, aszparaginsav, és szőlőcukor molekulák milyen szilárd hordozófelülethez kötődnek. Szilárd fázisként bentonitot, egyszerű agyagot használtak, amelyhez meglepő módon az L-aszparaginsav, L-leucin és D-glükóz nagy affinitással kötődik, míg a D-aszparaginsav, D-leucin és L-glükóz csak kis affinitással kötődött. Így viszont ha egy oldatban alacsony koncentrációban oldott D és L aminosavak találhatóak, az L aminosavak egyszerűen megkötődnek az agyag felületén, azaz a koncentrációjuk megnövekszik, ráadásul ehhez nem szükséges energiabefektetés, vagy bármilyen különleges reagens, csak egy gyakori agyagtípus.

Breslow R, Levine MS (2006):Amplification of enantiomeric concentrations under credible prebiotic conditions. PNAS vol. 103 no. 35 pp. 1279-80
Ebben a kísérletben fogtak 500 mg fenilalanint, amelyben 1% többségben volt az L-fenilalanin. Ezt az oldatot lassan  kristályosítani kezdték, amíg körülbelül ötöde maradt csak oldatban. Ez az oldott anyag azonban már 7:3 arányban tartalmazott L-fenilalanint. Ha ezt az arányú keveréket újra részlegesen kristályosították, az oldatban már 95:5 többségbe került az L-fenilalanin. Ugyanez fordítva is működik, elhanyagolható D-fenilalanin többletből két kristályosítási lépéssel óriási D-fenilalanin többlet alakítható ki.

Miller SL, Urey HC (1959): Organic product synthesis on the primitive earth. Science vol. 130 no. 3370. pp. 245-251
Ez a közlemény különösen érdekes a mai „viták” függvényében. Új kísérleti eredményt nem tartalmaz, viszont nagyon jó összefoglalója annak, hogy hat év alatt milyen kérdések fogalmazódtak meg a kutatókban Miller nevezetes kísérlete nyomán és ezekre milyen válaszokat találtak. Különösen érdekes, hogy szinte kivétel nélkül említ minden egyes olyan „kényes” pontot, amik a kreacionista érvgyűjteményekben előkerülnek. Elsőként érinti a kérdést, hogy ekkor az ősi Föld légkörének összetételérő leginkább csak feltételezéseik voltak, így több különböző gázkeverék vizsgálatát is szükségesnek tartja, ha képet akarunk kapni az ősi Földön végbement kémiai reakciókról. Érinti a kérdést, hogy milyen energiák állhattak rendelkezésre az Ősi Földön és tételesen megvizsgálja ezek lehetséges szerepét a prebiotikus folyamatokban. Elsőként a fényenergia szerepét vizsgálja és már fölveti azt a kérdést is, hogy a nagy energiájú fény el is bonthatta a keletkező szerves anyagokat. Több kísérletet is példaként hoz, ahol ibolyántúli sugárzás hatására keletkeztek aminosavak. Kitér az elektromos kisüléseket energiaforrásként használó kísérletekre is, már itt több olyan munkát idéz, ahol a legkülönbözőbb gázkeverékek alkalmazásával sikerült aminosavakat előállítani. Külön kitér a radioaktív sugárzások szerepére. Kísérleteket ismertet, ahol  hőenergia tette lehetővé aminosavak szintézisét. Kísérleteket idéz, ahol katalizátorok segítségével jöttek létre aminosavak. Összességében elmondhatjuk, hogy a legtöbb érvet, amit manapság felhoznak Miller kísérlete ellen, jó fél évszázada maga Miller is tárgyalta már ebben a közleményében.

Tehát mit is lehet leszűrni ebből a kusza halmazból? Egyrészt hogy a kérdésnek óriási szakirodalma van, ebben a hosszúra nyúlt írásban is csak a felszínét kapirgáltam meg, például a legtöbb, Stanley Miller 1959 -es közleményében idézett cikkről nem írtam, tehát még azt sem foglaltam össze, amit az ötvenes évek végéig kiderítettek a kérdésről (nem tegnap volt, körülbelül ekkor kezdték meg a szüleim általános iskolai tanulmányaikat). Ennek fényében az a sajnálatos hogy is fogalmazzak, „aránytalanság” ami kreacionista részről övezi a szerves molekulák abiotikus körülmények közti előállítását legalábbis furcsa. A legtöbb kreacionista gyűjteményben megtalálható az eredeti 1953 -as kísérlet valamilyen kritikája, de az azóta eltelt hatvan év eredményeiről egyetlen szót sem ejtenek. Ez azért meglepő, mert ha bárki csak ilyen felszínesen is utánaolvas a kérdésnek, mint én, kiderül, hogy a kísérlet ellen felsorakoztatott nagyon súlyos ellenérvek cáfolata harminc-negyven éve rendelkezésre áll, sőt ezek nagy részéről maga Miller írt 1959 -ben, vagyis Miller „leleplezése” még magához Millerhez képest is öt évtizednyi késében van.