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Sì, devo ammetterlo. L'esperimento di Miller esercita ancora su di me un estremo fascino. L'idea di questo giovane ricercatore che, con l'uso di una apparecchiatura che ricorda molto gli alambicchi dei primi chimici, riesce a dimostrare che è possibile la formazione di molecole alla base della vita partendo da semplici composti inorganici è estremamente coinvolgente. Nell'intento di coinvolgere anche i miei studenti e con l'uso della sterminata "biblioteca" di internet, a lezione ho presentato il documento pubblicato dalla rivista Science sull'esperimento di Miller del 1953. Alcune studentesse hanno prontamente accettato di tradurre il testo dall'inglese, in modo da renderlo disponibile a tutti. Per questo le ringrazio vivamente; ho deciso quindi di pubblicare qui il frutto del loro lavoro. Buona lettura.

Traduzione a cura di Giuliani Federica, Bompadre Olimpia e B.V. della 2a D

Una produzione di amminoacidi nelle possibili condizioni primitive della Terra

Stanley L. Miller
Laboratorio chimico G.H. Jones
Università di Chicago, Illinois

L’idea che i composti organici che servono come basi della vita furono formati quando la Terra aveva un’atmosfera di metano, ammoniaca, acqua e idrogeno, al posto del biossido di carbonio, dell’azoto, dell’ossigeno e dell’acqua, fu proposta da Oparin ed è stata recentemente enfatizzata da Urey e Bernal.

Per provare questa ipotesi, è stato costruito un apparecchio in cui far diffondere metano (CH4), ammoniaca (NH3), acqua e idrogeno attraverso una scarica elettrica. La miscela ottenuta è stata analizzata per la presenza di amminoacidi mediante cromatografia su carta.

Per formare radicali liberi è stata utilizzata una scarica elettrica piuttosto che dei raggi ultravioletti poiché il quarzo assorbe le lunghezze d’onda abbastanza corte che causano la foto-dissociazione dei gas. La scarica elettrica potrebbe aver giocato un ruolo significativo nella formazione dei composti nell’atmosfera primitiva.

L’apparecchiatura utilizzata viene mostrata nella Fig.1.

Apparecchiatura di Miller
Fig. 1

L’acqua viene fatta bollire nella beuta, mescolata con i gas nella beuta 5-l, fatta circolare vicino agli elettrodi, condensata e svuotata nella beuta di ebollizione. Il tubo ad U previene la circolazione nella direzione opposta. Gli acidi e gli amminoacidi formatisi nella scarica, non essendo volatili, si accumulano nella fase acquosa. La circolazione dei gas è un po’ lenta, ma sembra che questo sia un vantaggio, poiché la produzione è stata minore in un’apparecchiatura diversa con un dispositivo di aspirazione che doveva favorire la circolazione. Lo scarico, una piccola valvola, è stato munito di un rocchetto d’induzione per la ricerca di perdite nell’apparecchiatura sotto vuoto.

La procedura sperimentale consisteva nel sigillare l’apertura della beuta che bolliva dopo aver aggiunto 200 ml di acqua, fatto uscire l’aria, aggiunto 10 cm di pressione1 di H2O, 20 cm di CH4 e 20 cm di NH3. L’acqua nella beuta veniva fatta bollire e la soluzione veniva fatta scorrere continuamente per una settimana.

Durante il procedimento, l’acqua nella beuta è diventata visibilmente rosa dopo il primo giorno, e alla fine della settimana la soluzione era di un rosso intenso e torbido. Gran parte della torbidità era dovuta alla silice colloidale del vetro. Il colore rosso è dovuto ai composti organici assorbiti dalla silice. Sono anche presenti composti organici gialli, dei quali solo una piccola frazione poteva essere estratta con l’etere, e che formano una striscia continua che si assottiglia in basso in un cromatogramma monodimensionale con acido acetico e butanolo come eluenti. Queste sostanze verranno ulteriormente analizzate. Al termine del procedimento la soluzione nella beuta che bolliva è stata rimossa ed è stato aggiunto 1 ml di una soluzione satura di HgCl2 per prevenire la crescita di organismi viventi. Gli anfoliti sono stati separati dal resto delle sostanze aggiungendo Ba(OH)2 e facendo evaporare sotto vuoto per rimuovere le ammine, aggiungendo H2SO4 e facendo evaporare per rimuovere gli acidi, neutralizzando con Ba(OH)2, filtrando e concentrando sotto vuoto. Gli amminoacidi non sono dovuti ad organismi viventi perché la loro crescita verrebbe bloccata dall’acqua bollente durante il procedimento e dall’ HgCl2, Ba(OH)2, H2SO4 durante l’analisi.

Nella figura 2 è mostrato un cromatogramma su carta ottenuto con una miscela di n-butanolo, acido acetico e acqua e successivamente con una soluzione satura di fenolo in acqua e spruzzato con ninidrina2 .

cromatogramma

Figura 2

È stata fatta l’identificazione di un amminoacido quando l’indice Rf (il rapporto tra la distanza percorsa dall’amminoacido e la distanza percorsa dal fronte del solvente), la forma, ed il colore della macchia erano gli stessi per il campione noto, per l’incognito e per una miscela di campione noto e l’incognito e quando sono stati ottenuti risultati coerenti con cromatogrammi sviluppati utilizzando fenolo ed etanolo al 77%.

Con queste basi sono state identificate la glicina, l’α-alanina e la β-alanina. L’identificazione dell’acido aspartico e dell’acido α-ammino-n-butirrico è meno certa perché le macchie sono piuttosto deboli. Le macchie segnate A e B sono per il momento non identificabili, ma potrebbero essere beta e gamma amminoacidi. Questi sono i principali amminoacidi presenti, e altri sono senza dubbio presenti ma in quantità minori. È stato stimato che il prodotto totale degli amminoacidi era nell’ordine dei milligrammi.

In questo apparecchio è stato fatto un tentativo di duplicare un’atmosfera primitiva della Terra e non quello di ottenere le condizioni ottimali per la formazione degli amminoacidi. Benché in questo caso la resa totale fosse piccola rispetto all’energia spesa, è possibile che con un apparecchio più efficiente (come la miscelazione dei radicali liberi in un sistema a ricadere, uso di idrocarburi a peso molecolare più elevato ricavati da gas naturali o petrolio, biossido di carbonio, ecc. e un migliore rapporto di gas) questo tipo di processo potrebbe essere un modo di produrre commercialmente amminoacidi.
Una più completa analisi degli amminoacidi e degli altri prodotti contenuti nel condensato è in corso ed i risultati saranno tra poco riportati nei dettagli.
(15 maggio 1953)


 

1 cm di colonna d'acqua, cioè la pressione esercitata da una colonna di acqua alta x cm; ad esempio 1 cm d’acqua esercita una pressione pari a 98,1 Pa. (nota dell’insegnante)
2 reagente chimico che serve per la scoperta e l’analisi di ammine primarie (nota della traduttrice)

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