小舖聲明:本文為長庚醫學系112級 大一新生生物學原文論文閱讀 中文翻譯

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作者:Stanley L. Miller
伊利諾州芝加哥大學 G. H. Jones 化學實驗室

  組成生命的有機化合物可能是在原始地球尚充斥著甲烷、氨、水與氫氣的環境,而非在二氧化碳、氮氣與氧氣的環境下生成的概念,係由 Oparin 率先提出,並在近期被 Urey 與 Bernal 再次強調而成形。

  為檢驗這個假設,我們製造了一個器材,用以在放電模式中循環甲烷、氨、水與氫氣。受試成果的混合物則在針對胺基酸的紙色譜中得到檢驗。放電是為了產生自由基(free radical),而非紫外線,因為石英可以吸收的波長夠短,會造成氣體的光裂解(photo-dissociation)。放電可能在原始大氣中的化合物組成過程中,扮演了相當重要的角色。

  此器材如圖(一)。水會在燒瓶中被蒸餾,並且與五公升燒瓶中的氣體混合,循環經過電極,凝結後排空回到蒸餾瓶中。U形管則是用來避免循環往相反的方向進行。酸液與胺基酸若沒有揮發,即會在放電中生成,並在水層中凝聚。氣體的循環可說是相當緩慢,然而塞翁失馬,在另一附有抽送裝置的器材中,促進循環反而得到了較少的產物。此放電,亦即一個小型的電暈,由一個可以檢測真空器材是否有洩漏的導電盤所提供。

  實驗程序需先在蒸餾瓶中添加200毫升的水,排出空氣後添加10公分柱壓的氫氣,20公分柱壓甲烷,以及20公分柱壓的氨,接著將之密封。燒瓶中的水會被蒸餾,放電則會持續一週。

AA apparatus (2).jpeg圖(一)

  在放電循環的過程中,燒瓶中的水在第一天後會變成顯著的粉紅色,並且到一週的結束時,溶液會轉呈深紅的混濁。大部分的混濁皆是由玻璃容器上膠聚的二氧化矽(colloidal silica)所造成。紅色則是源自二氧化矽所吸收的有機化合物。此外還有些橙黃色的化合物產生,只有一小部分能用乙醚裂解出來,並且在一維的乙酸丁酯色譜層析(butanol-acetic chromatogram run)中形成了一條無間斷的譜帶,一路延續至色譜紙的底部。這些物質仍在進行進一步的調查。

  在放電循環結束時,蒸餾瓶底部的溶液會被移除,並加入一毫升飽和的氯化亞汞,以避免微生物滋長。藉由添加氫氧化鋇的方式,兩性電解質會從剩餘的組成物中被分離出來;在真空中用蒸發法移除氨;加入並蒸發硫酸以移除酸液,同時中和氫氧化鋇,最後在真空中進行過濾與凝聚。

  由於微生物在放電循環中、沸水中、以及在離析物質中加入的氯化亞汞、氫氧化鋇與硫酸中不可能生存,可知胺基酸並非由微生物所產生。

AA exp consq.jpg圖(二)

  圖(二)中展示的紙色譜層析中,加入了乙酸正丁脂與水的混合溶液、水溶苯酚(water-saturated phenol)以及茚三酮(ninhydrin)。若未知物、已知物、未知物與已知物之混合物,此三者的比移值(Rf value,層析溶劑與該胺基酸的移動距離比值)、形狀與顏色皆達成一致,且在苯酚與77%乙醇環境下的色譜層析中得到同樣的結果,則可鑑定出該胺基酸。

   在這樣的基礎下,我們鑑定出了甘胺酸(glycine)、α-丙胺酸(α-alanine)與β-丙胺酸(β-alanine)。有鑑於色塊較薄弱,天門冬胺酸(aspartic acid)與α-胺基正丁酸的鑑定也較不明確。上圖標示著A與B的色塊尚未被明確鑑定,但很有可能屬於β胺基酸與γ胺基酸。這些是主要出現的胺基酸,而其他的也毫無疑問地產生了,只是比較少量。據估計,胺基酸的總產量屬於毫克範圍。

  這個器材的製造目的在於重製原始的地球大氣環境,而非在最佳環境下製造胺基酸。即便在這個案例下,由於使用的能量有限,製得的總量並不多,但利用更有效率的器材(例如在流動的系統中加入自由基;取代自然氣體而使用更高等的碳水化合物,或石油、二氧化碳等;運用最佳比例的氣體),這樣的製程也可成為一種商業上製作胺基酸的良方。

  胺基酸與其餘放電循環的產物正在進行更完善的分析,並會在不久後有詳盡的報告。

參考:

1. OPARIN, A. I. The Origin of Life. New York: Macmillan(1938)

2. UREY, H. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S., 38 351(1952);
The Planets. New Haven: Yale Univ. Press Chap.4(1952)

3. BERNAL, J. D. Proc. Phys. Soc. (London), 62A, 537(1949);
62B, 597(1949); Physical Basis of Life. London: Routledge and Kegan Paul(1951)

此手稿於1953年二月13日受件。

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