米勒–尤里实验证明,在选定的实验室条件下,较简单的化学物质可以形成氨基酸。它并没有产生活细胞。人们常把三份不同的记录都归在这一个名称之下:米勒1953年的报告、2008年对火山装置样品的再分析,以及2011年对1958年含硫样品的分析。把它们分开来看,就能理解为什么不同的说法会给出不同的产物数量。
1953年的论文实际报告了什么
斯坦利·L·米勒(Stanley L. Miller)的1953年《Science》论文使用甲烷、氨、氢和水,并施加放电。论文通过纸色谱法鉴定出甘氨酸、α-丙氨酸和β-丙氨酸。米勒明确指出,天冬氨酸和α-氨基正丁酸的鉴定不够确定,因为它们的斑点很弱。这些区别可以在印刷版第529页看到;如果笼统地说“五种氨基酸”,就丢掉了原文中把握程度的差异。
米勒是这篇论文唯一列出的作者。文末致谢提到哈罗德·C·尤里(Harold C. Urey)提供了建议和指导。人们熟悉的这个联名称呼,不应被误认为这篇文章的作者名单。
循环回路是如何工作的
该装置由一个水储存器、一个气体与放电区域和一个冷凝器组成。加热提供水蒸气;冷却使液体回到储存器,不挥发的产物可以在那里积累。2014年的方法论文解释了这种布置,也介绍了后来的一种简化装置。该文中的现代装置并不是原始装置的精确图示。
可以把这个回路理解为维持反应条件并收集反应产物的一种方式。一幅水循环的图并不能证明该装置再现了远古海洋和大气的每一个特征。
为什么后来的论文报告了22种或23种氨基酸
| 发表 | 所检测的材料 | 报告的结果 |
|---|---|---|
| 1953年:米勒 | 最初的实验报告。 | 三种确定的氨基酸鉴定;另有两项鉴定明确标为不够确定。 |
| 2008年:约翰逊及同事 | 1953–54年的存档样品,包括一套将蒸汽注入火花区域的装置。 | 火山装置样品中有22种氨基酸和5种胺。 |
| 2011年:帕克及同事 | 来自另一项此前未报道的、含硫化氢的1958年实验的存档样品。 | 23种氨基酸和4种胺,其中这些类别合计含7种含硫化合物。 |
2008年的论文及补充材料描述了三种装置配置,而不是一组可互换的样品。其表S1比较了各装置检测到的产物。作者还提醒,第一种装置的提取物可能不完整。因此,该比较中较小的数字,并不能清楚地对所有可能的装置或反应条件排序。
2011年的论文涉及不同的气体混合物和不同的保存残留物。其中7种含硫产物包括6种氨基酸和1种胺。该文还指出,部分氨基酸可能存在痕量污染。没有保存下来的原始操作空白;图1中的空白是分析用的溶剂空白。这些局限与阳性鉴定结果同样重要。
后来的研究使用了液相色谱和质谱。更好的分析方法可以发现早期方法漏掉的化合物。因此,即使物理样品很旧,2011年发表的结果也不是米勒在1953年报告的结果。这些醒目的数字还包括常见蛋白质氨基酸之外的化合物。
大气问题会使这一结果无效吗?
2008年和2011年的论文都讨论了一个核心局限:经典实验中使用的强还原性气体混合物,不应被简单地当作整个早期大气的代表。它们考虑了局部或暂时的还原性环境,包括火山羽流,认为这些可能是发生相关化学反应的场所。这些是关于环境的假说,而不是该装置所做的测量。
阅读关于生命起源的论断时,请把两个问题分开:
- 在所述条件下,反应能否发生?这问的是实验产生了什么,以及产物是如何鉴定的。
- 这些条件和这条途径是否在早期地球上出现过?这除了化学,还需要地质和环境方面的证据。
第一个问题的肯定回答并不能解决第二个问题。反过来,对全球大气假设提出质疑,也不会让实验室里测得的产物消失。有用的下一步,是明确指出具体质疑的是哪些条件,以及哪种观测能够区分相互竞争的解释。
为什么产生氨基酸不等于产生生命
一份分子清单回答的是组成问题。要论断一个生命系统,还需要关于组织结构和持续功能的额外证据,而不只是更多已命名的分子。例如,鉴定出一种构件分子,并不能说明它如何成为可遗传、可繁殖系统的一部分。
这一区分也有助于公平地比较各种生命起源的设想。火花放电实验针对的是可能的化学原料。能量梯度实验针对的则是问题的另一部分。我们的pH梯度算例把化学能项和电能项分开,并说明计算能够确立什么。这两类结果,单独来看都不能提供完整的历史途径。
检验下一个论断的实用方法
- 让样品与论文对应。同时记下实验日期和分析日期;“米勒的实验”这个说法太宽泛。
- 核对究竟鉴定了什么。区分确定的鉴定、暂定的归属和未检出的化合物。它们是不同的结果。
- 检查比较的依据。问一问空白、处理、储存和检测器灵敏度是否支持所得出的结论。
- 让结论保持在测量的尺度上。产物的检出、环境的合理性和完整的生命起源解释,需要不同的证据。
我们的引文核实指南提供了一套可重复使用的论断与来源核对方法。对于这个主题,阅读原始结果和图注尤其有用:一份准确的摘要仍可能漏掉论文其他部分的限定条件。
原始文献与阅读说明
- Miller, S. L. (1953). A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions. Science 117, 528–529. DOI与出版方;文献著录。印刷版的结果和装置图已对照原论文扫描件核对。
- Johnson, A. P., and colleagues (2008). The Miller Volcanic Spark Discharge Experiment. Science 322, 404. DOI;NASA托管的论文及补充材料,包括表S1。
- Parker, E. T., and colleagues (2011). Primordial synthesis of amines and amino acids in a 1958 Miller H₂S-rich spark discharge experiment. PNAS 108, 5526–5531. DOI;NASA托管的论文。结果部分和图1区分了潜在的痕量污染与可用的空白。
- Parker, E. T., and colleagues (2014). Conducting Miller-Urey Experiments. Journal of Visualized Experiments 83, e51039. DOI;出版方文章。已核对引言和装置描述;本页不依赖需订阅才能观看的视频。
示意图和说明性比较均为Ithy原创内容。它们不是实验数据,也不是对论文插图的复制。
