Milan M. Ćirković

Naučni savetnik Astronomske opservatorije u Beogradu

Vreme čitanja: 7 minuta

Foto:UnSplash

Ove godine obeležavamo 70 godina od verovatno najznačajnijeg eksperimenta u nauci 20. veka, u očigledno veoma, veoma velikoj konkurenciji. Premda bi se mnogo argumenata moglo navesti za i protiv bilo kog izbora, moj glas svakako ide Miler-Jurijevog ogledu izvedenom 1952. godine na Univerzitetu Čikaga, iz razloga koje ću ovde pokušati da rezimiram. Naravno, čitava priča je u toj meri složena i uzbudljiva da ovaj ultrakratki prikaz ne može izbeći da bude na granici karikature.

Najpre da vidimo o čemu se tu radilo. Stenli Miler bio je mladi student doktorskih studija koji je u Čikago stigao iz Oklenda u Kaliforniji i, kao i brojni drugi mladi ljudi u toj situaciji, bio je vrlo neodlučan u pogledu teme svog budućeg doktorata (za koji je dobio u to vreme prilično retku stipendiju). U jednom trenutku, zabasao je na seminar koji je na temu sastava atmosfere rane Zemlje držao Harold Juri, tada verovatno najpoznatiji svetski hemičar, učenik Nilsa Bora i dobitnik Nobelove nagrade još davne 1934. za otkriće teškog izotopa vodonika – deuterijuma.

 

 

Juri se u to vreme bavio na prvi pogled čisto teorijskim pitanjem: kakva je veoma davno, ubrzo nakon nastanka Zemlje, morala biti atmosfera na našoj planeti? Najvažnija njena osobina sa stanovišta praktičnog hemičara bilo je potpuno odsustvo slobodnog kiseonika, tog drugog najagresivnijeg elementa u periodnom sistemu koji je ključ za današnju atmosfersku hemiju i metabolizam ogromne većine živih bića. Danas kiseonik prodire u svaki kutak našeg života, pa i u skoro sve laboratorijske eksperimente. Šta je, međutim, bilo moguće u atmosferi lišenoj kiseonika (redukujućoj atmosferi)?

Mogući odgovor na to pitanje pružili su još 1920-tih godina nezavisno jedan od drugog Aleksandr Ivanovič Oparin i Džon Bardon Sanderson Holdejn, postavivši smelu hipotezu o abiogenezi, odnosno nastanku života iz nežive materije. Oparin-Holdejnova hipoteza bila je prva teorija nastanka života potpuno naturalističkim putem. Njena 4 temeljna principa bila su: kontinuitet nežive i žive materije, raspoloživost organskih materija na ranoj Zemlji, redukujuća atmosfera i nastanak metabolizma prvo, a mehanizma nasleđivanja kasnije. Ukoliko su ovi načelni zahtevi zadovoljeni, prvi preci sveg života na Zemlji pojaviće se gde god i kad god sredina bude dovoljno stabilna u čuvenoj „primordijalnoj supi“. 

Iako su i Oparin, a naročito Holdejn, uživali izuzetan ugled u naučnim krugovima, ova hipoteza se decenijama nakon svog pojavljivanja smatrala više fantastikom nego naukom; kao i brojne druge suštinski istorijske hipoteze koje pokušavaju da objasne neponovljive događaje iz daleke prošlosti, većina biologa i hemičara smatrala ju je ekstravagantnom i neproverljivom.

Miller-Urey eksperiment
Izvor: Wikipedia

 

Slušajući Jurijev seminar, Mileru je u jesen 1952. godine pala na um genijalna ideja: zašto ne bismo eksperimentom testirali Oparin-Holdejnovu hipotezu? Ako profesor Juri već ima jasnu predstavu o hemijskom sastavu rane Zemljine atmosfere, zašto je ne bismo simulirali u laboratoriji?

Eto odličnog projekta za doktorat! Sa tim predlogom zakucao je na vrata Jurijeve kancelarije. Velikan hemije nije bio oduševljen predlogom mladog, entuzijastičnog i naizgled naivnog studenta. Urbana legenda kaže da je promrmljao nešto u stilu „dragi kolega, Vi treba da uradite svoj doktorat za nekoliko godina, a ne za nekoliko miliona godina!“ aludirajući na vremenske skale na kojima su svi (uključujući Oparina i Holdejna) verovali da se odigrala prvobitna organska sinteza. Međutim, nakon prospavane noći i podrobnijeg razmišljanja o celoj stvari, Juri je promenio mišljenje i snažno stao iza Milera; verovatno je zaključio da je eksperiment relativno jeftin i da je prva laboratorijska simulacija rane Zemljine atmosfere zanimljiva stvar, čak i ako ne da nikakve rezultate u smislu sinteze organskih materija. Tako je Miler dobio dozvolu i resurse da u laboratoriji u podrumu okuša sreću. 

Originalni eksperiment je koristio vodu (u tečnom i gasovitom stanju), metan (CH4), amonijak (NH3) i molekularni vodonik (H2). Ova mešavina stavljena je u sterilnu staklenu loptu zapremine oko 5 litara, povezanu sa oko pola litre tečne vode u manjoj retorti. Voda u retorti je zagrevana da bi se podstaklo isparavanje, a vodena para je cirkulisala kroz veću loptu u kojoj su neprekidno sevale varnice između dve elektrode, sa ciljem simuliranja električnih pražnjenja („munja“), veoma intenzivnih na ranoj Zemlji.

Simulirana atmosfera se zatim hladila, da bi se vodena para kondenzovala u tečno stanje u hladnjaku u obliku slova „U“ na dnu aparature. Na svakom koraku bilo je neophodno voditi računa da se spreči prodiranje vazduha – odnosno slobodnog kiseonika u vazduhu – u aparaturu.

Rezultati su bili dramatični i neočekivani. Već samo jedan dan nakon puštanja aparature u pogon, rastvor koji se nakupio u hladnjaku poprimio je ružičastu boju, a nakon nedelju dana rada boja je postala tamnocrvena i mutna. Na unutrašnjem zidu staklene lopte u kojoj se nalazila simulirana atmosfera nakupila se crvenkasta i neprozirna skrama nepoznatog sastava. Posle sedmice rada eksperiment je prekinut, uz brigu da se izbegne bilo kakva kontaminacija zemaljskim mikrobima ili organskim supstancama iz laboratorijskog okruženja i izvađeni su uzorci rastvora za analizu.

 

 

Korišćenjem tada najsavremenije metode analitičke hemije, papirne hromatografije, Miler je bio u stanju da identifikuje pet amino kiselina prisutnih u rastvoru: glicin, alfa-alanin i beta-alanin bili su jasno identifikovani, dok je prisustvo asparaginske kiseline i alfa-aminobutirne kiseline (homoalanina) bilo izvedeno kao najbolje objašnjenje za prilično blede mrlje na papiru na odgovarajućim mestima.

Amino kiseline su, naravno, najvažnija organska jedinjenja čijim spajanjem u dugačke lance – polimerizacijom – nastaju proteini koji obavljaju praktične sve funkcije svakog organizma u biosferi. Nastanak amino kiselina u zapanjujuće kratkom vremenu od sedam dana iz trivijalno jednostavnih polaznih molekula koji se u ogromnim količinama nalaze širom svemira dokazuje naturalističko poreklo života i pruža velike nade i razumne razloge za optimizam u pogledu postojanja života doslovce svuda.

Studija koja opisuje čitav eksperiment objavljena je naredne, 1953. godine u prestižnom Science-u. Miler je uspešno odbranio svoj doktoran naredne, 1954. godine u zadivljujuće ranoj 24. godini života. Sve ostalo je istorija, kako bi rekli. Ova istorija dobila je u 21. veku jednu neobičnu fusnotu na koju ću se još vratiti.

Značaj Miler-Jurijevog eksperimenta daleko nadilazi prostu činjenicu da je on pružio empirijske nalaze u prilog najstarije i najrazvijenije teorije nastanka života, kakva je bila Oparin-Holdejnova teorija (i naravno, kasnije znatno detaljnije elaboracije). On je u izvesnom smislu reči ključni most koji spaja dve ogromne sfere nauke, fizičke i planetarne nauke na jednoj strani, i nauka o životu na drugoj strani.

Obzirom da su potonje, kao što danas znamo, između ostalog i zahvaljujući ogromnim zaslugama nedavno preminulog E. O. Vilsona, oslobođene nenaučnih taloga vitalizma i esencijalizma, ovo premošćenje je moguće i plodotvorno. Obzirom da su i fizička i biološka strana priče suštinski evolucionističke, dakle suštinski, a ne samo kroz formu ili korišćenje evolucionističkog žargona, prvi put se u istoriji ljudske misli (dakle u širem kontekstu od istorije same nauke!) pojavio jasan put ka vilsonovskoj „konsilijenciji“, odnosno realnom, dubokom jedinstvu nauke. Istovremeno, naravno, udaren je temelj docnijim, daleko komplikovanijim i realističnijim teorijama abiogeneze koje su očigledno naročito značajne za savremeni poduhvat potrage za životom van naše planete.

Podrži Talas donacijom

Konačno, da je ovaj eksperiment fantastična demonstracija funkcionisanja ozbiljne nauke u najbolje mogućem značenju reči, pokazao je razvitak događaja pola veka kasnije. Od 1960. godine do svoje smrti 2007. Stenli Miler je radio na Kalifornijskom univerzitetu u San Dijegu. Njegovu laboratoriju i kancelariju nasledio je jedan od njegovih nekadašnjih doktoranata, istaknuti savremeni organski hemičar i astrobiolog Džefri Bada. Kako to u životu već često biva, srećan sticaj okolnosti podstiče velika otkrića.

U jednom kutku laboratorije, Bada je 2007. godine pronašao sanduk sa brižljivo zapečaćenim uzorcima iz Milerovih originalnih eksperimenata iz perioda 1952-54. Prirodna pomisao koja mu je pala na pamet bila je da su rezultati koje su Miler i Juri dobili više od pola veka ranije nužno funkcija tadašnjih, po današnjim standardima relativno primitivnih, metoda hemijske analize. Šta ako su tokom eksperimenta – da ponovimo, neshvatljivo kratkotrajnog po planetarnim i evolucionim vremenskim skalama – sintetizovana i brojna druga kompleksna organska jedinjenja od značaja za život, ali u suviše malim koncentracijama da bi bila detektovana u ranim 1950-im? 

Rukovođen ovim razumnim pitanjem, Bada je sa svojim saradnicima izvršio ponovnu analizu Milerovih uzoraka, korišćenjem daleko preciznijih savremenih tehnika kao što je tečna hromatografija visokih performansi (poznata pod engleskom skraćenicom HPLC – High-Performance Liquid Chromatography). Rezultati su bili zapanjujući, pošto se ispostavilo da je u eksperimentu došlo do sinteze preko 40 različitih aminokiselina i amina, od kojih su skoro svi bili jednostavno stvoreni u suviše malim koncentracijama da bi ih originalna analiza pronašla.

Sve to je i dalje proizvod eksperimenta koji je trajao pukih nedelju dana! Pošto ni savremene analitičke metode nisu konačna reč razvoja instrumentacije, vrlo je moguće da isti originalni Milerovi uzorci sadrže još nepoznatih kompleksnih organskih jedinjenja. Nema ni najmanje razloga da se posumnja da bi u realističnim uslovima rane Zemlje, uz mnogo miliona godina na raspolaganju, priroda stvorila sve neophodne biohemijske cigle za izgradnju živog sveta i čitave biosfere, baš kao što su Oparin i Holdejn predvideli.

Konačno, u ovoj epohi uspona astrobiologije, valja naglasiti da je još jedno od prebogatog nasleđa Miler-Jurijevog ogleda pojam tolina. Ovaj termin uveo je veliki Karl Segan, sa svojim indijskim saradnikom Bišunom Hareom 1979. godine u radu u kojem se Miler-Jurijevi rezultati uopštavaju na slučaj kada energiju za organsku sintezu ne obezbeđuju više električna pražnjenja u atmosferi, nego sveprisutna kosmička zračenja, naročito ultraljubičasti zraci, ali i kosmički zraci u užem smislu (ubrzane naelektrisane čestice poput protona ili alfa-čestica).

Tolini su ništa drugo do ona crvenkasta skrama koja se nahvatala na staklenoj lopti Miler-Jurijevog eksperimenta; po ideji Segana i Harea, slična stvar bi se tokom milijardi godina izloženosti kosmičkom zračenju desila na površini malih tela poput satelita, asteroida i kometa gde postoje velike rezerve metana i amonijaka, makar u vidu leda. Ovo njihovo predviđanje spektakularno je potvrđeno poslednjih decenija, sa otkrićem tolina na Saturnovom satelitu Titanu tokom misije Kasini-Hajgens, kao i otkrićem brojnih transneptunskih objekata u spoljnom Sunčevom sistemu. Ova tela, sa egzotičnim imenima kao što su Iksion, Makemake ili Sedna, spadaju po boji u najcrvenije objekte ikada pronađene, a ta boja potiče upravo od tolina koji su se nagomilali na površini. Milijarde i milijarde tona organske skrame!

Odatle je samo mali korak do hipoteze, koju je prvi sugerisao veliki vizionar Frimen Dajson, da bi se prebiotička evolucija mogla odigravati najčešće upravo na malim telima kao što su udaljena jezgra kometa. U svakom slučaju, imamo sve više razloga za optimizam u pogledu potrage za životom van Zemlje!

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *