Home � Bilim

Miller-Urey deneyi

   " 1953 yılında Stanley Miller, ilkel dünya koşulları altında aminoasit sentezi ile ilgili yüksek başarıya ulaştığı deneyi ile ilgili ilk raporunu yayınladı. Bu ünlü deney ve sonuçları ile ilgili  çok şey söylendi ve yazıldı çünkü bu deney, hayatın oluşumuyla ilgili laboratuvar çalışmalarının önünü açtı. Bültende Stanley’nin diğer önemli katkılarına da yer verilecektir ama bana verilen bu fırsatı kullanarak kendisine olan kişisel takdirlerimi ve saygılarımı sunmak isterim.

   Stanley Miller ile ilk kez Fransa’daki bir Pont-a-Mousson toplantısında tanıştım. Konuşmamı bitirdikten sonra Stanley yanıma gelerek bana, konuşmamı çok mantıklı ve akla yatkın bulduğunu söyleyerek meslek hayatımın en değerli iltifatlarından birini yaptı. İlerleyen yıllarda Stanley ile pek çok kez daha konuşma fırsatım oldu ve onun bu alandaki bilgisini ansiklopedik denecek kadar geniş, yeni çalışmalara dair yüksek algıdaki değerlendirmesini olağanüstü zekice ve başkalarına karşı sergilediği dostane teşviği çok etkileyici buldum. O; kendi mütevazi ve tatlı dilli üslubuyla  alanımıza damgasını vurmuştur. "  -Alan W. Schwartz (Online yayın tarihi 2007)

                                                                                                                                         

  

   Stanley Miller (19302007)

     

 

 

   1953 STANLEY MİLLER DENEYi

 

 

  

 

   50 yıllık prebiyotik organik kimya:


   Prebiyotik kimya çalışmaları, 50 yıl önce Science dergisinde Stanley L. Miller tarafından yayınlanan bir makale ile başladı. Bu makale,  ilkel dünya atmosferini taklit eden indirgenmiş gazlardan meydana gelmiş karışımın ortamda bulundurulması halinde,  aminoasit ve başka bileşiklerin sentezinin mümkün olduğunu söylüyordu. Bu çığır açıcı yayının yıldönümünde, bu yayının ortaya çıkmasında rol oynayan olayları anlatıp aynı zamanda bilim dünyasında bir mihenk taşı olan Miller deneyine katkıda bulunan sürecin tarihi yönlerini da tartışacağız.


   50 yıl önce Science dergisinin 15 Mayıs 1953 sayısında Stanley L. Miller imzalı  “Olası ilkel dünya koşullarında aminoasit sentezi” isimli kısa, 2 sayfalık bir makale yayınlandı. Bu makalede Stanley, o zamanlar ilkel dünya atmosferinin bir modeli olarak kabul edilen indirgeyici gazlardan (CH4, NH3, H2O, ve H2 ) meydana gelen karışıma uygulanan elektriksel reşarjın şaşırtıcı sonuçlarına değiniyordu. Bu deney sonunda ortaya çıkanlar , önemli miktarda aminoasitle beraber hidroksi asitler, kısa alifatik asitler ve üre idi. Bu deneyin şaşırtıcı sonuçlarından biri şuydu: Ortaya çıkan ürün;  organik bileşiklerin gelişigüzel miktarlardaki bir karışımı değildi, aksine az çeşitte organik bileşiğin çok yüksek miktarlarda sentezlenmesinden meydana gelmişti. Dahası, birkaç istisna haricinde, bu bileşikler biyokimyasal öneme sahipti, ki bu da 1920’lerde Oparin ve Haldane tarafından ortaya atılan heterotrofik çorba teorisini destekleyici bir veriydi. Bu önemli deneyle, canlılığın ortaya çıkışına yönelik araştırmalar için yepyeni ve modern bir çağ başlamış oluyordu.

 

   Not: Böylesi indirgeyici bir atmosferdeki elektriksel aktivitenin, bazı temel moleküllerin sentezini tetikleyebildiği ilk kez 1953'teki Miller-Urey deneyiyle gösterildi. Daha sonra, Juan Oro'nun 1959-1962 yılları arasında DNA'nın yapısındaki 4 nükleobazdan birisi olan Adenin'i, aynı şekilde laboratuvar ortamında kopyalaması da yaşamın kökenine ilişkin önemli bir dönüm noktası olmuştur.


    Yayınlanma sürecinin hikayesi:


   Her ne kadar ilkel çorba teorisi biyologlar arasında büyük bir ilgi uyandırmış olsa da, diğer bilim dallarında fazla ciddiye alınmamıştı. Oparin, öngörülerini desteklemek için; yaşam formlarının yokluğunda organik bileşiklerin sentezlenebilir olduğunu göstermek zorundaydı. Oparin ilkel ortamın simülasyonunu içeren bir deney yapmadıysa da, o zamanlar bilimin elindeki pekçok önemli veri (anaerob fermentasyonun evrenselliği ve meteorlardaki dünyadışı organik bileşiklerin varlığı dahil olmak üzere), Oparin’in  “canlılığın heterotrofik gelişimini” savunan iddiasını desteklemekteydi (Oparin, 1938).

   İlkel dünya koşullarında organik madde sentezini araştırmaya yönelik bir çalışma 1950de California Üniversitesinden Melvin Calvin ve ekibi tarafından başlatıldı. CO2, H2O, Hve 40-meV Helium iyonu içeren Fe2solüsyonunu  ışınlayarak, terrestrial kabuktaki radyasyonlu ortamı taklit eden bir ortam yarattılar (Garrison ve diğerleri, 1951). Ancak çıkan sonuçlar pek de cesaretlendirici değildi; sadece az miktarda formik asit ve formaldehid oluştu ki bu sonuç 1920lerde pek çok araştırmacı tarafından elde edilen sonuçlardan farklı değildi.

   Güneş Sistemi'nin oluşumu ve bu sürecin kimyasal olayları ile ilgilenen Harold C. Urey, daha sonra hayatın oluşumuna dair iddialarını yüksek oranda indirgeyici dünya atmosferine dayandırarak oluşturdu. Urey görüşlerini ilk kez 1951 yılında Chicago Üniversitesinde verdiği bir derste açıkladı ve sonraki sene de, dünyanın ilkel atmosferini anlatan bir makale yayınladı (Urey, 1952).  O zamanlar Chicago Üniversitesi Kimya bölümünden yeni mezun olan Stanley L. Miller, 1952 Eylül ayında, yani Urey’in seminerine katıldıktan yaklaşık 1,5 yıl sonra, indirgeyici bir gaz karışımı kullanarak prebiyotik sentezi laboratuvar ortamında gerçekleştirmeyle ilgili düşünceleri konusunda Urey’le temasa geçti. (Miller, 1974).

   Urey’in ilk baştaki isteksizliğine rağmen sonradan bu sorunu aşan ikili,  deneyde kullanılmak üzere 3 farklı ateşleyici aparat tasarladı. Bu aparat , ilkel dünyadaki okyanus-atmosfer sistemini temsil ediyordu. Isıtılarak elde edilen su buharı okyanuslardaki buharlaşmayı , buharın metan, amonyak ve hidrojenle karıştırılmasıyla elde edilen ortam da su buharına doymuş ilkel atmosferi temsil edecekti.  

   Stanley’nin deneye başlamasından çok kısa süre sonra sonuç alınmaya başlandı. Güncel analitik araçlara kıyasla Stanley’nin elindeki metodlar kaba ve basitti, ama yine de gaz karışımının sadece 2 günlük ateşlenmesi sonucunda glisin üretilmişti. Deneyi bir hafta boyunca tekrar ettikten sonra ateşlemenin yapıldığı deney tüpünün iç yüzeyi yağlı bir maddeyle kaplanmış ve suyun rengi sarımsı kahverengiye dönüşmüştü. Kağıt kromotografisi analizinde oluşan glisin noktasının yoğun ve koyu olduğu, ayrıca başka aminoasitlere denk gelen noktaların da oluştuğu gözlendi.  

   3 aparatla yapılan deneylerde, temelde benzer miktarda aminoasit ve organik bileşik sentezlendi. 4. aparatla ise daha düşük miktarda ve sınırlı çeşitte aminoasit (sadece glisin ve sarkozin) sentezlendi (Miller, 1955). Miller, Urey’e etkileyici sonuçları gösterdikten sonra bunları tercihen Science gibi öncül bir dergide yayınlama zamanının geldiğine karar verdiler. Urey editörlerle temasa geçti ve makalenin en kısa zamanda yayınlanmasını rica etti. Stanley’nin raporda ortak yazar olarak görünmesine de izin vermedi çünkü bu durumda Stanley’nin itibarı çok az olacak ve hakettiği takdiri görmeyecekti. Bu arada Urey, deneyin sonuçlarından o kadar etkilenmişti ki derslerinde de Stanley’nin başarısından söz etmeye başladı. 24 Kasım 1952’de Times ve Newsweek'te yayınlanan makalelerde de görüleceği üzere, bu haber sadece bilim camiasında değil medyada da büyük bir ilgiyle karşılandı: Yaşamın kökeni sonunda anlaşılabilecek miydi?


   Makalenin metni 10 Şubat 1952’te Science dergisine yollandı ve 14 Şubat’ta editörlüğe ulaştı. 28 Şubat 1953’te Urey, yazı kurulu başkanı  Howerd Meyerhoff’ a yazarak makalenin hala yayınlanmamış olmasından dolayı şikayette bulundu. “Eğer Science yayınlama konusunda isteksizse makaleyi Journal of the American Chemical Society’e yollarız. Bu konuda kararımızı verebilmemiz için acilen bir cevap bekliyorum” diye yazdı Urey. 

   Bu arada 8 Mart 1953 Pazar günü, New York Times ;  “2 milyar yıl geriye bakmak” isimli oldukça kısa ve gizemli bir makale yayınladı.ve bu makalede Wollman M. MacNevin ve Ohio Eyalet Üniversitesindeki  ekibinin yaptığı deneylerden bahsetti. MacNevin ve ekibinin ilkel dünyayı taklit eden deneyler yaptığından ve  bunlardan biri olan deşarj deneyinde metan içinden bir kıvılcım geçirilerek analiz için fazla kompleks olan rezinöz katıların sentezlendiğinden bahsediliyordu. MacNevin; CO2, H2O ve  NH3 karışımının ısıtılması sonucu porfirin elde ettiklerini de vurguluyordu.

   Ertesi gün Stanley Urey’e, bu haberin kupürünü göndererek yanına da “Şimdi ne yapmalıyız emin değilim. MacNevin ve ekibinin çalışması özünde benim tezim. Bugüne kadar Science’ta ve Meyerhoff’un mektubunda, benim metnimin gözden geçirilmesi için işleme sokulduğuna dair bir kanıt göremedim.” yazılı bir not iliştirdi. Urey, haksız bir geciktirme olarak gördüğü bu durum üzerine, 10 Mart’ta derhal Meyerhoff’a bir telgraf çekerek,  Science’ın  metni geri yollamasını istedi. Sonra da 13 Mart’ta Stanley’nin metnini Journal of the American Chemical Society ‘e yolladıBu arada Urey’e kızgın olan Meyerhoff, 11 Mart’ta bu sefer doğrudan Stanley’e yazarak; metni yayınlamak istediklerini ama Dr. Urey’in ‘emirlerine’ uymaktan rahatsız olduklarını, Stanley’nin kendi kişisel isteği değilse metni geri yollama taraftarı olmadıklarını ve Science’ta baş makale olarak yayınlamak istediklerini belirtti. Stanley derhal teklifi kabul ederek Journal of the American Chemical Society’nin editörüne; “Bu makalenin size yollanmış olması bir hatadır” diyerek metni geri isteyen bir telgraf çekti. Makale 2 ay sonra Science dergisinin 15 Mayıs sayısında yayınlandı. İlginç bir şekilde, Stanley’nin metni Science’ta hala gözden geçirilirken, bir başka makale (Kenneth Wilde ve ekibi tarafından gönderilen, CO2  ve su kullanılarak elektrik ark senteziyle organik bileşik sentezlenmesi ile ilgili deneye ait metin) de gözden geçirilmekteydi.

  Bu metin aslında 15 Aralık 1952'de, yani Stanley’den önce alınmıştı. Wilde ve ekibinin metninde, CO2/su karışımı kullanılarak; formaldehid gibi ilgi çekici bir ürünün elde edilmediği belirtiliyordu. Bu durum, güzel bir biçimde Stanley ve Urey’in; etkili organik madde sentezi için indirgeyici ortamın gerektiğini söyleyen tezini doğruluyordu. Wilde ve ekibinin  10 Temmuz 1953’te Science’ta yayınlanan makalesinde, Stanley’nin çalışmasından hiç bahsedilmemişti ama dünyadaki canlılığın kökeni ile ilgili çıkarımların deneylerinde etkili olduğu belirtilmişti.  

 

    Laboratuvarda aminoasit senteziyle ilgili daha eski çalışmalar:


   Friedrich Wöhler’in 1828deki gümüş siyanür ve amonyum klorürden üre sentezi deneyi, inorganik maddelerden organik madde sentezlenmesine dair ilk çalışmadır (Wöhler, 1828). Bu deneyle; o zaman için  farkedilmemiş olsa da,  yeni bir kimyasal araştırma alanı açılmış oldu. 1850 yılında Adolphe Strecker asetaldehid, amonyum ve hidrojen siyanidden alanin sentezini başardı (Strecker, 1850). Bunu takiben Alexandr M. Butlerov (1861) formaldehidin, sodyum hidroksit (NaOH) gibi güçlü alkalen katalizörlerle bir araya getirilmesinden şeker sentezlendiğini gösterdi. Biyokimyasal bileşiklerin laboratuvar ortamında sentezi kısa zamanda çok daha karmaşık deneysel çalışmaları getirdi. 19. yüzyılın sonlarına gelindiğinde, organik sentezle ilgili oldukça fazla deney yapılmış, bu da yağ aistleri ve şekerlerin değişik gazlar kullanılarak elektrik deşarjı yoluyla abiyotik sentezin mümkün olduğu sonucuna sebep olmuştu. (Rabinowitch, 1945).

   Bu çalışmalar, 20. yüzyılda Klages (1903) ve Ling ile Nanji (1922) tarafından devam ettirildi ki bu bilim adamları da olasılıkla aynı başlangıç maddelerini kullanarak tanımlanamayan 2 tane amino asit bulmuş olan Strecker sentezinden ve Herrera (1942) ‘dan ilham alarak, formaldehid ve potasyum siyanidden formaldehid sentezini rapor ettiler. Walther Löb, Oskar Baudish ve diğerleri, ıslak formamidi (CHO-NH2) sessiz elektrik deşarjına (Löb, 1913) ve UV ışığına (Baudish,1913) tabi tutarak amino asit sentezlemeye çalıştı.Löb, ıslak formamidin sessiz deşarja tabi tutulmasıyla glisin elde ettiğini rapor etti. UV ışığının veya sessiz deşarjın etkisiyle formamidin önce oksamik asite, ondan da glisine indirgendiğini öne sürdü. Ayrıca ıslak karbon monoksit ve amonyak sessiz deşarja tabi tutulursa glisin oluşacağını, bu reaksiyonda da formamidin ara ürün olacağını iddia etti.

   Löb, teorisinde;  glisin'in yine formamid'in ara ürün olacağı bir reaksiyonda, ıslak karbon dioksit ve amonyaktan da sentezlenebileceğini düşündü ama bunu deneysel olarak gösterme girişiminde bulunmadı. Her ne kadar Löb sonunda formamidden glisin ürettiyse de, bu prebiyotik bir reaksiyon sayılamaz çünkü formamid ilkel dünya koşullarında varolmuş olamaz. Islak karbon monoksit ve amonyağın HCN oluşturması mümkündür,  ki bu da polimerizasyon ve hidroliz yoluyla glisin oluşumuna sebep olabilir. Löb’ün 1913’te yayınlanan makalesi dikkatle incelendiğinde, bu deneylerin yapılış amacının temelde bitkilerdeki karbondioksit ve azot özümsemesini anlamak olduğu görülür. Löb’ün dünyada hayatın nasıl ortaya çıktığına veya olsası prebiyotik koşullar altında organik madde sentezinin meydana gelişine dair cevap aradığını gösteren bir emare yoktur. İlk canlıların ototrofik , bitki benzeri canlılar olduğu düşünüldüğü için; organik bileşiklerin abiyotik sentezi, canlılığın oluşumu için bir ön koşul değildi, bu nedenle de Löb’ün bu konudaki bakış açısı şaşırtıcı değildir.
 

   

    Bu organik sentezler, canlılığın kökeninin ototrofik olma ihtimaline yönelik çalışmalar yapan Herrera’nınkiler (1942) hariç, Darwin’in ılık havuzunu simüle edecek laboratuvar çalışmaları olarak kabul edilmedi. Daha çok, bitkilerdeki azot asimilasyonunun ve COfiksasyonunun ototrofik mekanizmalarını anlamaya yönelik çabalar olarak kabul gördü. Şaşırtıcı bir şekilde, olasılıkla da o günlerde çoktan unutulmuş olduğu için , kapsamlı incelemesindeOparin (1938);  ne Strecker’in alanin sentezinden ne de Löb’ün elektrik deşarjlarıyla ilgili çalışmalarından bahsetti. Bildiğimiz kadarıyla, Löb ve diğer 19. yüzyıl kimyagerlerinin çalışmalarının bahsi ilk kez Stanley Miller’ın 1954 Ph.D tezinde ve onu takiben de Science’ta yayınlanan makalesinde (Miller, 1955) geçti. 

   29 mayıs 1953'te Sir Edmund Hilary ile şarpası Tenzing Norga, dünyanın en yüksek dağı olan Sagarmatha’nın (Nepallilerin değimiyle Everest Dağı’nın) zirvesine ulaşarak imkansız gibi görüneni başardılar. 1953’ün takibeden aylarında  da diğer önemli zirvelere çıkıldı ve bu gelişme ile hayatın ve canlılığın doğası ve kökenine bakış açımız müthiş bir şekilde değişti.  

   Stalin 5 Mart’ta vefat etti ve nihayet Sovyetler Birliğinde genetik araştırmaların Trofim D. Lysenko’nun kıskacından kurtulmasıyla; bir proteinin (insülin) aminoasit serisini anlatan metin Sanger and Thompson tarafından yayınlandı (1953) .

   25 Nisan’da Watson ve Crick (1953) tarafından ortaya konan DNA’nın çifte sarmal modeli Science’ta yayınlandı. Miller’in ilkel dünya koşullarında aminoasit ve organik bileşik prebiyotik sentezine dair makalesinin yayını da 15 Mayıs’ta  bunları takibetti. Bunların her biri büyük bir öneme sahip entellektüel mihenk taşlarıdır ve bilim dünyasına katkıları göz ardı edilemez.Genetik materyalin moleküler yapısının Watson ve Crick modeliyle açıklandığı ve amino asitlerin protein içinde gelişigüzel dizilmediğinin anlaşıldığı bu zaman diliminde Miller deneyinin yarattığı büyük etki,  nerdeyse bir gecede yaşamın kökeni ile ilgili çalışmaları saygın bir konuma yükseltti.

   Hem Calvin, Wilde ve diğerlerinin organik sentez çabaları, hem de evrimsel biyolojinin hızla sağlam ve istikrarlı bir bilim alanı olmaya ve bilim çevrelerince kabul edilmeye başlanması gösteriyordu ki artık, dünyada yaşamın ortaya çıkışına yönelik araştırmaların çok daha müspet bir zemine oturma zamanı gelmişti. Kısa zamanda uzay programlarının gelişmesiyle de, bu konuyla ilgilenenler için evrendeki yaşama dair yepyeni bakış açıları geliştirilecekti. 

   Her ne kadar Löb’ün ve diğer 19. yüzyıl organik kimyacılarının elde ettiği sonuçlar prebiyotik sentezi anlamamızda biraz etkili olmuş olsa da , Miller’in deneyinin önemi;  sadece aminoasit ve başka bileşiklerin sentezi değil, aynı zamanda bunların olası ilkel dünya koşulları altında elde edilmiş olmasıdır. Pek çok bilimsel fikir, başkaları tarafından ortaya atılan hipotezlerin, yapılan deneylerin ve yorumların bir ürünü olarak ortaya çıkar ve bu durum Miller için de geçerlidir. Bazıları, Stanley Miller ve Harold Urey’in ilkel dünya koşulları olarak kabul edip simüle ettikleri koşulları kabul etmese de,  onların elde ettiği başarı;  sadece çalışmanın esasi değeri için değil, canlılığın oluşumuna ait deneysel çalışmaların önünü açtığı için de saygıyı haketmektedir.

   Yaşamın ortaya çıkışı ve erken evrim süreci ile ilgili bilgilerimizde çok büyük boşluklar vardır ve yeterli çeşitte organik maddenin ilkel dünyada sentezlenmiş olabileceğine dair tam bir kesinlik yoktur. Organik moleküllerin kökeni için bir diğer olasılık, indijenöz aminoasitleri tıpkı Miller’in deneyinde olduğu gibi , amonyak, hidrojen siyanür ve aldehid/ketonların reaksiyonlarına bağlı olarak oluşan meteoritlerdir. İlkel atmosferin Oparin, Urey ve Miller’in düşündüğü gibi indirgeyici özellikte olmamış olması da mümkündür. Yine de, canlılığın ortaya çıkışı konusundaki bütün belirsizliklere rağmen, Stanley L. Miller 1953 deneyi, modern bilimsel araştırmaları şekillendirmiş olan en önemli çalışmalardan biridir. 

   - Antonio Lazcan ve  Jeffrey L. Bada  (19 Mart 2003)

           1. Facultad de Ciencias, UNAM Apdo. Postal 70-407, Cd. Universitaria, Mexico D.F., Mexico;

           2. Scripps Institution of Oceanography, University of California at San Diego, La Jolla, CA, U.S.A.

 

    Çeviri: felis agnosticus


    Abiyogenez ve hipotezleri konusunda daha detaylı bir yazıya buraya tıklayarak ulaşabilirsiniz.


        

 

Referanslar:

Baudisch, O.: 1913, Angew. Chem. 26, 612–616.

Butlerow, A.: 1861a, Liebig’s Ann. Chem. 120, 295–296

Butlerow, A.: 1861b, Compt. Red. Acad. Sci. 53, 145–147

Garrison,W. M.,Morrison, D. C., Hamilton, J. G., Benson, A. A. and Calvin, M.: 1951, Science 114,

416.

Herrera, A. L.: 1942, Science 96, 14.

Klages, A.: 1903, Ber. Dtsch Chem. Ges. 36, 1506.

Ling, A. R. and Nanji, D. R.: 1922, Biochem. J. 16, 702.

Lob, W.: 1913, Ber. Dtsch Chem. Ges. 46, 684.

Miller, S. L.: 1953, Science 117, 528.

Miller, S. L.: 1954, Ph.D. Thesis, University of Chicago, Chicago, Ill, pp. 112.

Miller, S. L.: 1955, J. Am. Chem. Soc. 77, 2351–2361

Miller, S. L.: 1974, in J. Neyman (ed.), The Heritage of Copernicus: Theories ‘Pleasing to the Mind’,

The MIT press, Cambridge MA, pp. 228–242.

Oparin, A. I.: 1938, The Origin of Life, MacMillan, New York.

Sanger, F. and Thompson, E. O. P.: 1953, Biochem. J. 53, 353–366.

Rabinowitch, E.

 


Add comment




  Country flag
biuquote
  • Comment
  • Preview
Loading