Budiž život
24. 10. 2007
Již v roce 1953 Stanley Miller, doktorand chemie, naplánoval experiment ve kterém se pokusil zjistit, zda dojde k formaci molekul nutných pro život v podmínkách brzy po vzniku naší planety. Miller a jeho školitel, profesor a nositel Nobelovy ceny za chemii, Harold Urey, sestrojili aparaturu, která byla schopná napodobit prostředí na primitivní Zemi. Aparaturu složili ze skleněných trubek, do baňky nalili vodu a doplnili dalšími plyny, které se už tehdy nacházely v atmosféře. Tuto směs pak podrobovali elektrickým výbojům. Voda v aparatuře znázorňovala oceány a jiskření blesky dávných bouří. Asi po 24 hodinách voda změnila barvu. Analýzy napověděly, že se ve směsi vytvořily aminokyseliny, které tam předtím nebyly. Aminokyseliny jsou přitom stavebními jednotkami proteinů, které spolu s DNA tvoří živé organizmy. S Michaelem nyní tento pokus zopakujeme.
Filip: OK, we go to bar …
Michael: Co si dáme? Povídej, kamaráde …
Filip: Hele, Michaele, už jsi slyšel o té novince z univerzity? No, o tom mladým Stanley Millerovi.
Michael: Vlastně – že jo. Četl jsem jeho článek, který publikoval v časopisu Science. Podařilo se mu vytvořit aminokyseliny, které jsou základní prvky veškerých bílkovin.
Filip: A z čeho to vytvořil?
Michael: No člověče, představ si, z anorganických látek, které byly přitom v atmosféře planety, ale před čtyřmi miliardami let!
Filip: Počkej, to chceš říct, že v nějaký obyčejný baňce vytvořil – „uvařil“ – základy života?
Michael: There are twenty amino acids that our bodies use in a biosynthesis of proteins. All of these amino acids share the same basic structure: An amine group and a carboxylic acid group conjoined to the chiral carbon centre.
Naše těla používají dvacet aminokyselin k vytváření bílkovin. Všechny tyto aminokyseliny mají shodnou stavbu: aminová a karboxylová skupina se spojily s chirálním uhlíkovým středem molekuly.
Tereza: Skupina R je chemická skupina, specifická pro aminokyseliny. Každá aminokyselina má tuto skupinu jinou.
Michael: The amine group from one amino acid can react with the carboxylic acid group from another amino acid to form a new peptide bond. This reaction loses a molecule of water. Thus we say it is a condensational reaction.
Aminová skupina z jedné aminokyseliny může reagovat s karboxylovou skupinou z jiné aminokyseliny a vytvoří se přitom nová peptidová vazba. Při této reakci se uvolní molekula vody. Tuto reakci proto nazýváme kondenzační.
Tereza: A tato reakce se může opakovat a opakovat a pokračovat až se vytvoří dlouhý polymerový řetězec aminokyselin, zvaný bílkovina.
Filip: OK, Michaele. Teď už vím, co jsou aminokyseliny a jak vytvářejí proteiny. Ale kde se tam ty aminokyseliny vzaly?
Michael: In fact, Charles Darwin realizes this as a basic problem in his theory of evolution, which so wonderfully describes the development of all species on our planet through the natural selection. But it fails to explain the origin of life itself.
To si uvědomoval Charles Darwin jako základní problém své evoluční teorie, která tak skvěle popisuje vývoj všech druhů na naší planetě prostřednictvím přirozeného výběru. Při vysvětlení původu samotného života však selhala.
Filip: A to už přece v polovině 19. století ten francouzský chemik, Louis Pasteur, dokázal, že živé organizmy přece nemůžou vzniknout jen tak, samy o sobě.
Michael: Ano, a to je právě to, co trápilo Darwina. A question, hanged over the origin of life, on an early, inhospitable planet Earth.
Otázka, která visela nad původem života na mladé, nehostinné planetě Zemi. A tuto otázku snad Miller s Ureyem vyřešili svým pokusem. Tak na ně!
Filip: Na ně!
Michael: They proposed that when life first formed on Earth – about four billion years ago, the atmosphere of the planet didn’t consist of nitrogen and oxygen like today …
Uvažovali, že když na Zemi před čtyřmi miliardami let vznikal život, neskládala se atmosféra planety z dusíku a kyslíku jako dnes, …
Tereza: … ale ze čpavku, metanu, vodíku a vodních par.
Michael: They set up an experiment to try to replicate these conditions. Let’s go and see what they did.
Připravili pokus, aby se pokusili napodobit tyto podmínky. Pojďme se podívat, co udělali.
Michael: Miller set up the following apparatus: the first, that he had to do in his experiment, was to remove all traces of air from the apparatus. To do this, he used the vacuum pump. He removed all the oxygen and nitrogen.
Miller sestavil tuto aparaturu: nejprve z ní musel odstranit všechny stopy vzduchu. Použil k tomu vývěvu. Odčerpal všechen kyslík a dusík.
Michael: Don’t forget, we’re reproducing the original atmosphere on our planet. Once he had it empty inside he released in gases of hydrogen, of ammonia and of methane. Nezapomeňte, že napodobujeme původní atmosféru naší planety. Jakmile Miller aparaturu vyčerpal, napustil do ní plyny – vodík, čpavek a metan.
Michael: The gases went from the cylinders into his apparatus, into this top vessel here. In a lower vessel he had some water. He heated this water until the water evaporated and rose into the vessel contained with gases and then it condensed and returned. Once again evaporating, condensing, returning. Evaporating and condensing and returning. A reflux system when a system was in a hot reflux. He wanted to reproduce the effect of lightning and high energy solar power. To do this he released an electric discharge.
Plyny proudily z tlakových lahví do aparatury, do této horní nádoby. Ve spodní nádobě měl Miller vodu, kterou zahříval. Voda se vypařovala, pára proudila do nádoby s plyny. Pak to vše kondenzovalo a vracelo se zpět. A znovu vypařování, kondenzace, návrat. Systém pracoval se zpětným prouděním. Miller chtěl napodobit účinek blesků a silného slunečního záření. Pro tento účel použil elektrický výboj.
Michael: After a week of continuous reaction Miller returned to his laboratory to find in a bottom vessel a golden water solution.
Po týdnu nepřetržité reakce se Miller vrátil do laboratoře a ve spodní nádobě objevil zlatavý roztok.
Výsledný vodný roztok se zkoumal na přítomnost aminokyselin pomocí metod TLC …
… that’s Thin Layer Chromatography.
… anebo česky – chromatografie na tenké vrstvě.
Michael: A ke svému velkému překvapení Miller zjistil, že celých dvanáct z dvaceti aminokyselin, které se vyskytují v přírodě, vznikly při jejich pokusu. Celý vědecký svět byl v šoku. Že by mladý vědec z Chicaga odhalil, jak příroda kdysi vytvářela základy života?
Michael: To this day this is still debated. Some scientists think that Miller and Urey did a good job and getting a conditions right. However other scientists believe the Earths atmosphere was somewhat different than that, replicated by the two Chicago scientists.
O tomto pokusu se diskutuje až do dneška. Někteří vědci si myslí, že Miller s Ureym vykonali dobrou práci a zvolili správné podmínky. Jiní vědci se však domnívají, že atmosféra Země byla tehdy poněkud jiná, než jak ji modelovali tito dva chicagští vědci.
Michael: Nevertheless the Miller-Urey experiment is been conducted to this day, for example here in the Czech Republic at Heyrovsky’s institute and a group of Dr. Civiš. But instead of using old techniques and methodology they’re now using a cutting edge technology, such as this high energy powered laser system.
Nicméně pokus Millera a Ureyho se provádí dosud. Například i zde v České republice v Ústavu fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR ve skupině Dr. Civiše. Ale místo staré aparatury a postupů nyní používají špičkovou techniku, jako je vysoce výkonný laserový systém.
Michael: There is a final part to this story. In 1969 a carbonaceous meteorite fell to Murchinson in Australia. Scientists later revealed that this meteorite contained a high concentration – about a 100 parts per million – of amino acids, the same amino acids that Miller found in his experiment.
Tady je závěr tohoto příběhu. V roce 1969 dopadl u Murchinsonu v Austrálii uhlíkatý meteorit. Později vědci objevili, že tento meteorit obsahoval vysokou koncentraci aminokyselin – asi 100 částic na milión. Stejných aminokyselin, jaké objevil Miller při svém pokusu.
Filip: Takže tento pokus jasně dokázal, že podobné procesy se mohou odehrávat nejenom na mladé, rodící se Zemi, nebo třeba na meteoritu, ale kdekoli jinde, kde podobné podmínky existují.
Michael: Takže možná v tom vesmíru nejsme úplně sami.
Vocabulary - slovníček
amino acid – aminokyselina
share – sdílet, (roz)dělit si, díl, podíl
amine group – aminová skupina
carboxylic acid group – karboxylová skupina
conjoint – spojit (se)
chiral – chirální, asymetricky rozložená molekula
react – reagovat, působit
peptide bond – peptidová vazba
lose – ztratit, prohrát, prodělat
condensational reaction – kondenzační reakce
in fact – opravdu, vlastně ve skutečnosti
realize – uvědomit si, uskutečnit, realizovat, být si vědom
theory of evolution – evoluční teorie
describe – popisovat, popsat, charakterizovat
development – vývoj
species – druh (j. i mn.č.), třída, pojem, lidstvo
natural selection – přirozený výběr
fail – selhat, chybit, netrefit
explain – vysvětlit, objasnit
origin of life – původ života
hang – viset, pověsit, oběsit, ozdobit
early – raný, časný, mladý (planeta)
inhospitable – nehostinný, nevlídný, nepřátelský
propose – navrhnout, zamýšlet, předložit,
consist of – skládat se z, sestávat z
nitrogen – dusík
oxygen – kyslík
set up an experiment – připravit, sestavit pokus
replicate – replikovat, opakovat, kopírovat
apparatus – přístroj, aparatura
remove – odstranit, vyjmout, sklidit, odebrat, zbavit
trace – stopa, zbytek, kolej, pás
vacuum pump – vývěva, vakouvá pumpa
release – uvolnit, vydat, propustit, uvolnění, stvrzenka
hydrogen – vodík
ammonia – čpavek, amoniak
methane – metan
cylinders – plynová bomba, válec, buben, cylindr
vessel – nádoba, plavidlo, céva
heat – horký, zahřát, vedro, horko, vášeň
evaporate – vypařit (se), odpařit (se)
rise (min.č. rose) – vznášet se, zvedat se, vystupovat, výstup, vzpřímit se, objevit se, začátek,
contain – obsahovat
condense – kondenzovat, zhustit, stlačit, soustředit
reflux system – zpětný tok, proudění
reproduce – reprodukovat, množit, opakovat, napodobit
lightning – blesk, blýskat se
solar power – sluneční záření
electric discharge – elektrický výboj
continuous reaction – nepřetržitá reakce
golden water solution – zlatavý vodní roztok
Thin Layer Chromatography (TLC) – chromatografie na tenké vrstvě
debate – debata, diskovat, vést spor
nevertheless – nicméně
conduct experiment – provádět pokus
instead of – místo (něčeho)
cutting edge technology – špičková technologie
high energy powered laser system – laserový systém s vysokými energiemi
carbonaceous meteorite – uhlíkatý meteorit
fall (min.č. fell) – spadnout, padat, pád, dopad
reveal – objevit, odhalit, odkrýt
Autor: Vladimír Kunz