結構生物化學/奧巴林-霍爾丹假說
奧巴林-霍爾丹假說
奧巴林-霍爾丹假說是由兩位科學家獨立提出的假說：俄羅斯化學家 A.I. 奧巴林和英國科學家約翰·霍爾丹。
他們都獨立地提出，如果原始大氣是還原性的（與富氧大氣相反），並且有適當的能量供應，例如閃電或紫外線，以及大約 1073 K 的高溫，那麼就可以合成各種各樣的有機化合物。
奧巴林在 1924 年提出了地球大氣在其早期發展階段是極度還原性的假說。這意味著大氣中有過量的負電荷，可以為化合物新增電子，從而引發還原反應。奧巴林提出，這些有機化合物可能經歷一系列反應，導致越來越複雜的分子。在這種情況下，奧巴林假設有機分子可以從簡單的無機分子形成。他提出，這些分子在水性環境中形成了膠體聚集體或“凝聚體”。這些凝聚體能夠以類似於代謝的方式吸收和同化來自環境中的有機化合物。它們會參與進化過程，最終導致第一個生命形式的出現。
同樣，在 1929 年，霍爾丹在閱讀了奧巴林關於還原性大氣的理論之前，也提出了地球早期大氣是還原性的假說，這可以催化反應，從更簡單的分子形成更復雜的的有機分子。霍爾丹假設，海洋就像一個巨大的烹飪鍋，在太陽或閃電的驅動下，化學反應可以在水性環境中發生，形成各種各樣的有機化合物。霍爾丹提出，原始海洋是太陽能驅動的巨大化學實驗室。大氣沒有氧氣，二氧化碳、氨和紫外線的結合產生了大量的有機化合物。海洋變成了一個“熱稀湯”，包含大量的有機單體和聚合物。霍爾丹設想，單體和聚合物的群體獲得了脂質膜，進一步的發展最終導致了第一個活細胞的形成。
霍爾丹創造了“前生物湯”或“前生物大氣”這個詞，它包含豐富的甲烷、氨和水。這個詞成為了奧巴林-霍爾丹關於生命起源觀點的有力象徵。
米勒-尤里實驗
1953 年，兩位科學家著手測試奧巴林和霍爾丹的假說。哈羅德·尤里和他的學生斯坦利·米勒試圖計算早期地球大氣的化學成分。他們基於早期大氣是還原性的觀點進行計算。為了做到這一點，他們透過建立一個封閉的系統來模擬早期地球大氣條件，該系統包含水、甲烷氣體、氨氣和氫氣，比例為 2:1:2，以及水蒸氣，並保持 1073 K 的高溫。尤里建議他的學生米勒應該嘗試在這種大氣中合成有機化合物。
米勒進行了一項實驗，在其中他透過一個充滿尤里鑑定的氣體和水的燒瓶，以 75,000 伏的電壓持續放電。此外，這股電流透過實驗室設定，以模擬早期大氣中存在的閃電的催化源。
米勒發現，在將混合物迴圈了 18 天后，大部分氨和大部分甲烷都被消耗掉了。主要的氣態產物是一氧化碳 (CO) 和氮氣 (N2)。此外，水中有暗物質積聚。這些物質中的一些特定的成分無法被識別，但很明顯該物質包含各種各樣的有機聚合物。從他們實驗的結果來看，他們發現系統中高達 15% 的碳是無機化合物，這些化合物是在系統中形成的。這一結論證明了有機分子可以從地球早期大氣中的無機分子形成。此外，在產生的有機分子中，米勒和尤里表明其中一些是有機化合物，即氨基酸，這是生物體生存所必需的。
對水溶液的分析表明，還合成了以下物質：
1. 25 種氨基酸（主要的氨基酸是甘氨酸、丙氨酸和天冬氨酸）
2. 幾種脂肪酸
3. 羥基酸
4. 醯胺類產物。
米勒-尤里實驗的影響
米勒-尤里實驗立即被認為是生命起源研究中的一個重要突破。它被認為是奧巴林-霍爾丹假說的確認，因為生命中的幾個關鍵分子可以在奧巴林和霍爾丹設想的原始地球上的那種條件下合成。然後，這些分子就可以參與前生物化學過程，導致生命的起源。
其他類似的實驗也已經完成，以模擬早期地球條件，試圖找到有機分子可能形成的其他方式。一項實驗旨在模擬深海火山條件。在這些海底火山中，催化熱以及多種礦物質不斷供應。這為有機分子形成提供了理想的系統。該系統也被發現會產生氨基酸，這對於生物體將氨基酸加工成蛋白質至關重要。
自米勒-尤里實驗以來，人們投入了大量精力研究前生物化學。很明顯，將簡單的分子組織成能夠繁殖和進化的集合體，比實驗後人們普遍認識到的要困難得多。此外，關於早期大氣是高度還原性的觀點，在二十世紀末受到了挑戰，不再是共識觀點。
儘管米勒-尤里實驗的具體細節對於生命起源的意義現在可能存在疑問，但它開啟了前生物化學這一新的科學學科，並對生命起源理念的發展產生了巨大的影響。
參考資料
“生命的起源：二十世紀的里程碑。”生命的起源：奧巴林-霍爾丹假說。N.p.，n.d. 網頁。2012 年 10 月 28 日。<http://www.simsoup.info/Origin_Landmarks_Oparin_Haldane.html>。
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裡西，簡·B.，尼爾·A. 坎貝爾。坎貝爾生物學。哈洛：皮爾森教育，2011 年。印刷。