米勒-尤里实验

米勒-尤里实验（Miller-Urey experiment）或称米勒实验（Miller-Urey experiment）是一项模拟假设性早期地球环境的实验，研究目的是测试化学演化的发生情况。尤其是针对亚历山大·欧帕林与约翰·伯顿·桑验，该学说认为早期地球环境使无机物合成有机化合物的反应较易发生。

米勒-尤里实验是关于生命起源的经典实验之一，由芝加哥大学的史丹利·米勒与哈罗德·尤里于1953年主导完成，其结果以《在可能的早期地球环境下之胺基酸生成》（A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions）为题发表^[1][2][3]。米勒实验对后来探索前生物分子的非生物合成具有相当大的启发性，至今依然是教科书中关于生命起源的经典实验。

实验方式与结果

实验图解。右下烧瓶模拟海洋环境，左上烧瓶则模拟闪电。

在实验中，研究者将水（H₂O）、甲烷（CH₄）、氨（NH₃）、氢气（H₂）与一氧化碳（CO）密封于无菌状态下的玻璃管于烧瓶内，并将其连结形成一个回路。装置中的一个烧瓶装著半满的液态水，另一个则含有一对电极。首先将液态水加热促使其蒸发，进而产生水蒸气；而另一烧瓶的电极通电后会产生火花，以模拟闪电。水蒸气经过电极之后，又再度凝结并重回原先装水的烧瓶中，使实验得以循环进行。

于实验开始一周后的观察中发现，约有10%到15%的碳以有机化合物的形式存在。其中2%属于胺基酸，以甘胺酸最多。而糖类、脂质与一些其他可构成核酸的原料也在实验中形成；核酸本身，如DNA或RNA则未出现。在实验中产生的各种化合物皆同时有左式与右式之镜像异构物。（注：一般报导将“左式 L-form”“右式 D-form”误译为“左旋”“右旋”，事实上几乎所有生物化学的教材均说明生物胺基酸为“左式 L-form”，但却大多为“右旋光性”）

除了上述实验之外，米勒还进行了其他相关的实验，但这些实验都没有发表，产物也没有进行分析。2008年，11名科学家重新分析了米勒-尤里实验留下的实验瓶样品，借助于高效液相色谱和质谱技术，他们发现该实验产生的有机化合物比原先报道的要多。^[4]有机物数量最多的是一个模拟火山爆发情景的实验：水蒸气推动着其他气体进入一个经过改造的烧瓶中，加入抽气装置，使气体流动的速度加快。在电火花的作用下，水分子在这种情况下可以均裂生成羟基自由基，再加之其他分子参与的反应，该实验一共得到了22种氨基酸，5种胺，以及很多羟基化的化合物。^[5]羰基硫可以帮助这些氨基酸缩合形成多肽。这些进一步的研究为化学演化的假说提供了证据，使生命起源的问题再次回归焦点。^[6]

米勒实验证明：由无机物合成小分子有机物是完全有可能的。

实验反应式

实验中首先形成醛（R-CHO）与氰化氢（HCN），而两者可作为接下来化学反应的原料，经由下列等通式生成其他化合物：

式一:	R-CHO + HCN + H2O	→	H2N-CHR-COOH
	醛		胺基酸

式二:	R-CHO + HCN + 2 H2O	→	HO-CHR-COOH + NH3
	醛		羟基酸

含碳产物列表

由初始的59000微莫耳（μmol）的甲烷（CH₄）所形成的含碳产物^[7]：

产物	化学式	化合物莫耳数 (μmol)	每一分子的碳原子数	碳原子莫耳数 (μmol)
甲酸	${\displaystyle H-COOH}$	2330	1	2330
甘氨酸*	${\displaystyle H_{2}N-CH_{2}-COOH}$	630	2	1260
乙醇酸	${\displaystyle HO-CH_{2}-COOH}$	560	2	1120
丙氨酸*	${\displaystyle H_{3}C-CH(NH_{2})-COOH}$	340	3	1020
乳酸	${\displaystyle H_{3}C-CH(OH)-COOH}$	310	3	930
β-丙氨酸	${\displaystyle H_{2}N-CH_{2}-CH_{2}-COOH}$	150	3	450
乙酸	${\displaystyle H_{3}C-COOH}$	150	2	300
丙酸	${\displaystyle H_{3}C-CH_{2}-COOH}$	130	3	390
亚氨基二乙酸	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-NH-CH_{2}-COOH}$	55	4	220
肌氨酸	${\displaystyle H_{3}C-NH-CH_{2}-COOH}$	50	3	150
α-氨基丁酸	${\displaystyle H_{3}C-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOH}$	50	4	200
α-羟基丁酸	${\displaystyle H_{3}C-CH_{2}-CH(OH)-COOH}$	50	4	200
琥珀酸	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-CH_{2}-COOH}$	40	4	160
尿素	${\displaystyle H_{2}N-CO-NH_{2}}$	20	1	20
N-甲基尿素	${\displaystyle H_{2}N-CO-NH-CH_{3}}$	15	2	30
3-氮杂己二酸	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-NH-CH_{2}-CH_{2}-COOH}$	15	5	75
N-甲基丙氨酸	${\displaystyle H_{3}C-CH(NH-CH_{3})-COOH}$	10	4	40
谷氨酸*	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOH}$	6	5	30
天冬氨酸*	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOH}$	4	4	16
α-氨基异丁酸	${\displaystyle H_{3}C-C(CH_{3})(NH_{2})-COOH}$	1	4	4
	总计	4916		8944

（*合成蛋白质的胺基酸)

参考文献

1. Miller S. L. Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions (PDF). Science. 1953, 117: 528. doi:10.1126/science.117.3046.528. （原始内容 (PDF)存档于2008-02-28）.
2. Miller S. L., and Urey, H. C. Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth. Science. 1959, 130: 245. doi:10.1126/science.130.3370.245.
3. A. Lazcano, J. L. Bada. The 1953 Stanley L. Miller Experiment: Fifty Years of Prebiotic Organic Chemistry. Origins of Life and Evolution of Biospheres. 2004, 33: 235–242. doi:10.1023/A:1024807125069.
4. Johnson AP, Cleaves HJ, Dworkin JP, Glavin DP, Lazcano A, Bada JL. The Miller Volcanic Spark Discharge Experiment. Science. 2008, 322 (5900): 404. doi:10.1126/science.1161527.
5. Catherine Brahic. Volcanic lightning may have sparked life on Earth - earth - 16 October 2008 - New Scientist Environment. NewScientist. [2008-10-17]. （原始内容存档于2008-10-20）.
6. 'Lost' Miller-Urey Experiment Created More Of Life's Building Blocks. Science Daily. Oct 17, 2008 [2008-10-18]. （原始内容存档于2008-10-19）.
7. Richard E. Dickerson: Chemische Evlution und der Ursprung des Lebens, in Spektrum der Wissenschaft, 1979, Heft 9, S. 193

外部链接

• A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions by Stanley L. Miller