问题

假如不终止米勒尤里实验,无限期的维持实验设备的运作,会诞生新的人造生命吗?

回答
关于米勒尤里实验,以及它在无限期运作下是否可能诞生新的人造生命的问题,这是一个非常引人入胜且复杂的话题,涉及我们对生命起源的理解。要详细探讨这个问题,我们需要深入分析实验的原理、当时的认知以及科学界在此后的发展。

米勒尤里实验的回顾与核心假设

首先,让我们简单回顾一下米勒尤里实验。在1952年,斯坦利·米勒在导师哈罗德·尤里的指导下,设计了一个模拟早期地球环境的实验。他们用一个密闭的玻璃装置,模拟了早期地球的大气层成分(甲烷、氨、氢气、水蒸气),并引入了能量源(电火花模拟闪电),同时通过加热和冷却循环模拟了水体的蒸发和降落。他们的目的是观察,在这样的无机环境下,能否通过化学反应生成构成生命的基本有机分子,特别是氨基酸。

实验的结果是令人振奋的:在几天后,米勒和尤里确实在装置中检测到了多种氨基酸,以及其他一些重要的有机化合物,如嘌呤和嘧啶(DNA和RNA的组成部分)。这表明,在假定的早期地球条件下,无机物通过化学反应可以自发地生成构成生命的基石。

无限期维持实验设备意味着什么?

当你说“不终止米勒尤里实验,无限期的维持实验设备的运作”,这可以从几个层面来理解,每个层面都会影响到最终的可能性:

1. 持续的能量输入和物质循环: 这意味着实验装置会持续不断地通入模拟的早期大气成分,电火花会持续模拟闪电,水会持续蒸发、冷凝并流回“海洋”。这是一个动态的、永续的化学反应过程。
2. 不变的环境参数: 实验模拟的环境条件(大气成分、温度、压力、能量强度等)会一直维持在设定的状态。
3. 对产物的持续积累和(可能的)选择: 理论上,随着时间的推移,实验会不断产生新的有机分子。

那么,会诞生新的人造生命吗?

直接回答这个问题:仅仅依靠米勒尤里实验本身的设计,即使无限期运行,也很难直接“诞生”出我们通常意义上理解的生命。 这是因为生命是一个远比生成氨基酸要复杂得多的概念。米勒尤里实验触及的是生命起源的第一步——“化学演化”的早期阶段。

要详细解释为什么,我们需要剥开“生命”这个词层层包裹的复杂性:

1. 从小分子到大分子的飞跃:

米勒尤里实验的成果: 实验证明了从简单的无机物可以生成构成蛋白质(氨基酸)和核酸(核苷酸的组成部分)的“单体”。
需要的下一步: 生命的构建块不是孤立的氨基酸或核苷酸,而是将这些单体连接成复杂的聚合物,例如蛋白质(由氨基酸形成多肽链)和核酸(核苷酸形成DNA和RNA)。这需要特定的化学反应,并且往往需要催化剂。米勒尤里实验的装置并没有设计来促进这种聚合反应的发生,或者提供有效的催化剂。即使生成了单体,它们也很容易在水溶液中分解,或者通过非生命的化学反应形成不稳定的混合物。

2. 从无生命到自我复制的鸿沟:

自我复制是生命的标志: 现代科学普遍认为,自我复制能力是生命的一个核心特征。这意味着一个系统能够利用周围的资源制造自身的副本。DNA和RNA在这方面起着至关重要的作用。
所需条件: 要实现自我复制,需要:
信息载体: 能够存储和传递遗传信息的分子,如RNA或DNA。
催化能力: 能够进行化学反应的分子,如蛋白质或核酶(RNA本身具有催化活性)。
分离和组织: 能够将这些信息和催化系统与外界环境分隔开,形成一个相对独立且稳定的单元。

3. 模拟环境的局限性:

早期地球环境的复杂性: 虽然米勒尤里实验模拟了一个早期地球的大气和能量条件,但对早期地球的真实环境仍有许多不确定性。后来的研究表明,早期地球的大气可能不像米勒和尤里最初设想的那样富含还原性气体,可能更偏向于中性或氧化性。
其他重要环境因素的缺失: 实验没有包含:
矿物表面: 许多科学家认为,黏土矿物或其他矿物表面可能起到了催化剂的作用,帮助有机分子聚合,并为生命的早期组织提供了模板。
热液喷口: 深海热液喷口提供了稳定且丰富的化学物质和能量梯度,也被认为是生命起源的可能场所。
潮汐池或蒸发水洼: 这些地方可能会导致有机分子浓缩,并经历干湿循环,有利于聚合反应。
化学平衡与反应方向: 即使生成了复杂的有机分子,它们也可能在持续的反应环境中被分解或转化成其他非生命性的产物。生命需要一个能够克服热力学平衡,朝着更复杂、更有序方向演化的机制。

4. 米勒尤里实验的演进与后来的研究:

值得注意的是,科学研究并非停滞不前。自米勒尤里实验以来,科学家们在模拟生命起源方面做了大量工作,包括:

RNA世界假说: 提出在早期生命中,RNA可能同时扮演了遗传信息载体和催化剂的角色。后来的实验证明了RNA的催化能力(核酶)。
脂质体的形成: 研究表明,由脂质分子可以在水中自发形成囊泡(类似细胞膜的结构),将内部的化学物质与外部环境隔离开来,形成原始的隔室。
更复杂的有机合成: 通过改进模拟条件,比如在模拟热液喷口或矿物表面上进行反应,科学家们已经能够合成更复杂的有机分子,并观察到一些初步的聚合反应。

如果无限期运作,最可能发生的是什么?

如果一个经过改进的、更全面的模拟早期地球环境的实验装置能够无限期运行,并且包含以下关键要素(这些都是在米勒尤里实验基础上进行的拓展和想象):

持续稳定的能量梯度和化学物质输入。
有效的催化剂(如特定矿物表面)。
允许有机分子浓缩的机制(如蒸发再水合循环或吸附在表面)。
形成脂质双层结构以进行“包装”和分隔。
能够促进核酸(RNA)或类似信息的复制和演化的条件。

在这种情况下,理论上我们可能会观察到:

更复杂的有机分子的持续生成和积累。
这些分子在特定条件下发生聚合,形成更长的链状结构。
这些长链分子(如原始RNA)与脂质膜结合,形成一些原始的、类似细胞的结构。
在非常苛刻和精妙的条件下,可能会出现一些非常原始的、具有有限自我复制能力的分子系统。 这里的“自我复制”可能非常低效,而且容易出错。

然而,这距离我们所说的“生命”仍然有相当大的距离。 现代生命是一个高度复杂、协调统一的系统,包含无数相互作用的分子机器和精密的调控网络。

总结来说:

仅仅复制米勒尤里实验的原始设计,即使无限期运行,也极不可能产生我们所定义的“新的人造生命”。它会持续生成构成生命的基石,但缺乏将这些基石组织成能够自我复制、新陈代谢和进化的复杂系统的关键步骤和条件。

要实现这一点,我们需要一个能够模拟更广泛的、更动态的早期地球过程的实验,并且对“生命”的定义保持开放的态度,因为我们所创造的可能是一种我们尚未完全理解或预料到的“原始生命形式”。这是一个长远而充满挑战的科学目标,米勒尤里实验只是一个非常重要的起点,指出了通往生命起源奥秘的道路。

网友意见

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————米勒尤里实验室的目的不是创造生命,而是创造原料————

很多人误解了这一点,于是就推测米勒尤里不能诞生生命,其实这是错的。

米勒尤里实验室是一个测试化学演化的实验,其目的就是论证:早期地球环境可以让无机物合成有机物比较容易发生。而有机物,是生命的必须原料!

这只是生命诞生的前提。

如果要诞生生命,必然是需要环境走向温和,要知道地球45亿年前诞生,直到38亿年前才有了生命。

这7亿年中,地球做的事情就是,产生巨量的有机物,也就是原始汤,然后慢慢冷却,慢慢稳定,变成可以产生生命的条件


所以,米勒尤里实验室论证了可以大量产生有机物。

当有机物足够的时候,你继续产生有机物,干嘛?


那么下一步必然是让米勒尤里实验条件改变,变得更适合生命了。


不要思维僵化!!!


—————猴子和打印机问题—————

无限猴子定理是来自E.波莱尔一本1909年出版谈概率的书籍,当中介绍了“打字的猴子”的概念。

无限猴子定理指一只猴子随机在打字机键盘上按键,在无穷久的时间之后打出法国国家图书馆的每一本图书的概率为100%。在乔治·伽莫夫的《从一到无穷大》(one,two,three......Infinity)中,这只猴子还能完整打出《哈姆雷特》全书,以及莎士比亚扔到纸篓里的每句话。

(其实图中明显不是猴子,那是猩猩)

从这个角度,你会推出同样的结果: 只要有足够的时间,你可以用一堆原子摇出一个人来。——概率问题



————那么,最早的生命有机体是什么?————

DNA?RNA?蛋白质(多肽)?

如果只能选一个?选哪个?

—————RNA是最合适的早期生命—————

对于早期的生命有机体性质,大部分人认为,最有可能的是RNA。

这是因为RNA极其特殊。

首先,RNA是核酸,它本身可以储存遗传信息.

即便现在依然有RNA病毒,比如我们常见的HIV病毒

其次,尤为关键的一点是:RNA可以是酶!

这是生物学史上一次颠覆性的发现,在这之前,大家一致认为,所有酶都是蛋白质。

然而 T.Cech和S. Altman却首次证明,酶,不仅仅是蛋白质,还可以是RNA。

因此他们荣获了1989年的诺贝尔奖。


———酶小科普———

(英文:Enzyme,源于希腊语:ενζυμον,“在酵里面”),指具有生物催化功能的高分子物质。

绝大多数酶是蛋白质,然而,还有一种特殊的酶,他是RNA,我们称之为核酶。

核酶(ribozyme)是具有催化功能的RNA分子,是生物催化剂,可降解特异的mRNA序列。

不少人吃的酵素,其实就是酶hiahiahia,你吃酶当吃鸡蛋么……


这种催化作用,对生物的意义极其重大,正是因为酶的催化,使得我们可以再常温下完成其他几百上千度才可以实现的一些反应。

(洗衣粉里就加了这东西)

————蛋白质其次————

蛋白质是仅次于RNA的一种物质。

尽管,基于目前的科学认知,我们认为遗传物质是核酸。

这一点,高中生物讲了很多,什么格里菲斯肺炎双球菌实验。

这个实验证实了遗传物质是核酸。

然而,

生物专治各种不服。

朊病毒就是一种让科学家摸不到头脑的东东。

朊病毒( prion virus 又称蛋白质侵染因子、毒朊或感染性蛋白质,是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质

最为关键的是,这种生物,纯粹只是蛋白质,没有任何DNA,它tm可以复制传染(基本也就跟遗传物质差不多了,毕竟原始汤,不要要求那么高)

(朊病毒复制过程)

著名的疯牛病就是这东西导致的。

在一切落后的原始区域,居住着一些食人族,他们由于吃人肉,因此也会患有这个病,称之为克鲁病。

————DNA是最后的选择————

目前为止,人类尚未发现天然的催化DNA,但是在实验室里可以合成一些人工催化的DNA


————适应性!————

至于适应性,这点不用担心,极端生物适应温和环境要比温和生物适应极端环境容易一些。

因为,我们地球上,至今还生存这一种极端微生物,古菌!

古菌(Archaea)又称古细菌、太古菌或太古生物,是原核生物中的一大类。它们既与细菌(真细菌)有很多相似之处,同时另一些特征相似于真核生物。

古细菌还是地球上一种特殊的生命,大家请看分类,他们的分类和我们不一样

人家根本不跟我们玩……

更碉堡的是:

大多数古菌生活在非常极端环境

让细胞脱水的高盐湖泊,甚至盐湖里,古菌可以生存;

火山口极高温度的地方,古菌可以生存;

在高酸或高碱的地方,古菌依然可以生存。

美国黄石公园那个火山热硫毒温泉,人家活得好好的。

甚至,他们有的根本不玩光合作用


在极深的海底,压力巨大,有一些独立的生态环境,而里面就有些古菌,可以完全走其他的路线来实现物质和能量转换!把无机物搞成有机物(还记得前两天赵某批判中科院吗?在他看来,无机物转换为有机物so easy,事实上,对于生物来说,极难)


最后的最后,必须强调:

有了核酶或者可复制的东东,但是并不等于是生命。

因为,他们,还需要等待另一个的东东:膜!

就是它: membrane!

有了膜,他们才可以形成了细胞,从此,生命变得不一样。

1、使细胞与周围环境保持相对独立性,造成相对稳定的细胞内部环境. 2、通过膜和周围环境进行物质交换和信号传递. 3、在高等生物细胞内,膜演化成内膜体系,构建成以膜为单位的细胞器.

他们和外界分割后,可以维持自身的封闭性,让很多反应在一个较为封闭的系统里进行。

下面的东西很熟悉吧,高中生物必修啊,要分层次的哦

放在一个细胞里就是这样子


封闭,世界才变得有序!


极其伟大

一份欢笑 一个简单安心的小窝 陪你日出 陪你日落 到老

—— 《做我老婆好不好》

徐誉滕

他的另一首歌叫《李雷和韩梅梅》

致力于让绝大多数人看得懂的科普,是我的目标。

如果答案是本科以上才能看懂,其实是我的失败。能够达到中学生看得懂的水平,是我的期待,如果能够让小学水平的看懂,那我就会欣喜若狂了,如果是文盲水平,算了,文盲不识字……好忧桑

越简单,越容易理解和传播。

如果我biubiu一堆PrPBc,PrPc之类的问题,估计很多人都没兴趣了。

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