Pri jednom z pokusov vedci z jednoduchých chemických zložiek vo vákuu a pri supernízkej teplote dlhodobým ožarovaním ultrafialovou lampou vyprodukovali takéto kondenzáty organických látok, štruktúrne pripomínajúce bunky.
Vlna zaslúženej pozornosti, ktorú v posledných týždňoch venovali médiá päťdesiatemu výročiu objavu stavby molekuly kyseliny deoxyribonukleovej (DNA), zatlačila do úzadia ďalšie významné biologické jubileum. V polovici mája uplynulo polstoročie od zverejnenia výsledkov slávneho experimentu amerického chemika Stanleyho Millera, pri ktorom sa mu podarilo umelo syntetizovať aminokyseliny v simulovaných podmienkach skorej Zeme. Miller tak vybudoval dovtedy vedecky najpresvedčivejší most medzi svetmi neživého a živého.
Stanley Miller, dnes už vyše sedemdesiatročný emeritný profesor University of California v San Diegu, vedľa repliky svojej aparatúry z rokov 1952 a 1953. Harold Urey zomrel v roku 1981. FOTO - SCIENTIFIC AMERICAN
Neodbytný doktorand
Stanley L. Miller bol v roku 1953 doktorandom na katedre chémie University of Chicago, poprednej vzdelávacej a vedeckej inštitúcie v USA. Myšlienka na podobný experiment mu napadla počas prednášky Harolda C. Ureya, profesora tejto univerzity a nositeľa Nobelovej ceny za chémiu pre rok 1934 (získal ju za objav ťažkého vodíka čiže deutéria).
Základná koncepcia experimentu vychádzala z Ureyových predstáv o prostredí skorej Zeme, ktoré prezentoval na prednáškach aj vo vedeckej tlači v rokoch 1950 až 1952. Popri čisto chemických otázkach sa Urey intenzívne zaoberal aj astrochémiou, predovšetkým problémom utvorenia slnečnej sústavy vrátane Zeme z prahmloviny medzihviezdnej látky. V tomto kontexte venoval veľkú pozornosť aj fyzikálnym a chemickým faktorom, ktoré pravdepodobne stáli pri kolíske pozemského života. Urey si myslel, že atmosféru prvotnej Zeme tvorili najmä plyny so silne redukujúcim chemickým účinkom, konkrétne vodík, čpavok a metán.
Koncom roku 1952 Miller oslovil Ureya, či by nebolo možné urobiť experiment s predbiologickou syntézou organických chemických látok pomocou zmesi redukujúcich plynov v laboratórnej banke, vybavenej elektródami, ktoré by boli zdrojom energie. Po prekonaní počiatočného odporu sa mu podarilo Ureya presvedčiť. Navrhli tri aparatúry, z ktorých každá bola špecifickým variantom základnej myšlienky.
Trocha histórie
Prvú organickú látku umelo syntetizoval už v roku 1828 slávny nemecký chemik Fridrich Wöhler (objavil o. i. hliník a yttrium), keď z kyanatanu amónneho vyrobil močovinu. Preukázal tým, že v prírode nejestvuje neprekonateľný rozdiel medzi anorganickými a organickými zlúčeninami. Z jeho nasledovníkov treba spomenúť najmä iného nemeckého chemika Wilhelma Löba. Ten koncom devätnásteho a začiatkom dvadsiateho storočia syntetizoval viacero jednoduchých aminokyselín (stavebné kamene bielkovín), napríklad glycín. Urobil to tak, že formamid vo vodnom prostredí vystavil účinkom stáleho elektrického výboja a ultrafialového svetla. O súvislostiach svojich výsledkov so vznikom života na Zemi však vôbec neuvažoval.
Neskôr, v dvadsiatych rokoch, sa týmito súvislosťami začali zaoberať Alexander Oparin vo vtedajšom Sovietskom zväze a John Haldane vo Veľkej Británii. To však boli predovšetkým teoretici.
Až v roku 1951 boli uverejnené výsledky tímu amerického chemika Michaela Calvina (o desať rokov dostal za iné výskumy Nobelovu cenu), ktorý ožaroval oxid uhličitý v cyklotróne. Títo vedci získali iba kyselinu mravčiu, no zato vo veľkom množstve.
Trojnásobný úspech
Miller s Ureyom sa svojimi tromi experimentmi usilovali čo najvernejšie napodobniť atmosféricko-oceánske prostredie skorej Zeme. V rámci prvého simulovali horúcou vodnou parou vyparovanie z oceánov. Para sa zmiešala s vodíkom, čpavkom a metánom. Ich zmesou potom dlhodobo preháňali elektrické výboje. V druhom experimente vyšší tlak simuloval horúci vodný opar, aký sa vyskytuje pri niektorých sopečných erupciách. V treťom experimente namiesto iskrového využili stály elektrický výboj.
Miller vtedajšou jednoduchou papierovou chromatografiou už po dvoch dňoch elektrických výbojov našiel v prvej banke glycín. Po dlhšom pôsobení výbojov v tejto i v ostatných bankách vznikli aj iné aminokyseliny a ďalšie organické látky. V banke so stálym výbojom ich však bolo menej.
Keď Miller oznámil Ureyovi úspech, ten sa veľmi potešil, spoluautorstvo článku o výsledkoch však odmietol. Nie preto, že by s nimi nesúhlasil. Naopak, hojne ich citoval vo svojich učiteľských i vedeckých vystúpeniach. Obával sa, že v tieni nobelovského laureáta by určite zanikli rozhodujúce Millerove zásluhy. Rozhodol sa však Millerovi zabezpečiť publikačné fórum, na aké by vtedy obyčajný doktorand sám sotva mohol ašpirovať. Po istých peripetiách sa definitívne podarilo pretlačiť Millerov článok do prestížneho časopisu Science.
Chemikálie + elektrina = život
Keď napokon 15. mája 1953 článok v Science vyšiel, ohlas sa neobmedzil na akademické kruhy. Médiá boli totiž práve naladené na molekulárnu biológiu vďaka Watsonovmu a Crickovmu objavu stavby DNA, uverejnenom niekoľko týždňov predtým.
Preto ich Millerove výsledky veľmi zaujali, a okrem toho - veď išlo o klasickú „frankensteinovskú“ tému: Vedec zobral chemické suroviny, prehnal nimi elektrické výboje - a zrazu tu bol život! Ani tak neprekážalo, že išlo iba o stavebné kamene bielkovín. Žiadne celé bielkoviny, bunky či dokonca frankensteinovské monštrá Miller vo svojich aparatúrach nevyprodukoval. No fiktívnu formulu chemikálie + elektrina = život (zložky života) jeho experimenty naplnili.
Po troch rokoch jeho výsledky nezávisle potvrdili iní vedci. To už si metafora „predbiologická polievka“, vo význame zmesi jednoduchých anorganických chemických látok, vedúcich ku vzniku organických zložiek živej hmoty, našla cestu aj do komiksov, vtipov, filmov a románov, nielen vedecko-fantastických.
Odvtedy sa názory vedcov na celkovo chemicky silne redukčné prostredie skorej Zeme zmenili. Nanajvýš sa na nej vyskytovali zóny redukčnosti v okolí sopiek, atmosféra ako taká zrejme redukčná nebola. Okrem toho mnohí bádatelia čoraz väčšmi uprednostňujú prísun základných organických látok ako materiálu pre vznik pozemského života z vesmíru. Na Zem sa tieto látky, vyprodukované v medzihviezdnom prostredí, mohli dostať prostredníctvom kometárnych jadier a meteoritov, keď všetky nezhoreli pri tvrdých pristátiach. Ba niektorí extravagantnejší odborníci uvažujú o už hotových primitívnych bunkách typu baktérií či archeónov. Nové generácie laboratórnych experimentov, simulujúcich podmienky v medzihviezdnom priestore, totiž produkujú nadmieru pestrú paletu výsledných chemických látok, niekedy dokonca organizovaných do štruktúr hrubo pripomínajúcich bunky.
Tak či onak, Millerov experiment zostáva jedným z hlavných míľnikov, ktorý urobil zo skúmania vzniku života na našej planéte skutočne vedeckú disciplínu.
(Hlavný zdroj: Jeffrey L. Bada and Antonio Lazcano: Prebiotic Soup-Revisiting the Miller Experiment, Science z 2. mája 2003.)
