米勒-尤里實驗

米勒-尤里實驗（Miller-Urey experiment）或稱米勒實驗（Miller-Urey experiment）是一項模擬假設性早期地球環境的實驗，研究目的是測試化學演化的發生情況。尤其是針對亞歷山大·歐帕林與約翰·伯頓·桑驗，該學說認為早期地球環境使無機物合成有機化合物的反應較易發生。

米勒-尤里實驗是關於生命起源的經典實驗之一，由芝加哥大學的史丹利·米勒與哈羅德·尤里於1953年主導完成，其結果以《在可能的早期地球環境下之胺基酸生成》（A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions）為題發表^[1][2][3]。米勒實驗對後來探索前生物分子的非生物合成具有相當大的啟發性，至今依然是教科書中關於生命起源的經典實驗。

實驗方式與結果

實驗圖解。右下燒瓶模擬海洋環境，左上燒瓶則模擬閃電。

在實驗中，研究者將水（H₂O）、甲烷（CH₄）、氨（NH₃）、氫氣（H₂）與一氧化碳（CO）密封於無菌狀態下的玻璃管於燒瓶內，並將其連結形成一個迴路。裝置中的一個燒瓶裝著半滿的液態水，另一個則含有一對電極。首先將液態水加熱促使其蒸發，進而產生水蒸氣；而另一燒瓶的電極通電後會產生火花，以模擬閃電。水蒸氣經過電極之後，又再度凝結並重回原先裝水的燒瓶中，使實驗得以循環進行。

於實驗開始一週後的觀察中發現，約有10%到15%的碳以有機化合物的形式存在。其中2%屬於胺基酸，以甘胺酸最多。而糖類、脂質與一些其他可構成核酸的原料也在實驗中形成；核酸本身，如DNA或RNA則未出現。在實驗中產生的各種化合物皆同時有左式與右式之鏡像異構物。（註：一般報導將「左式 L-form」「右式 D-form」誤譯為「左旋」「右旋」，事實上幾乎所有生物化學的教材均說明生物胺基酸為「左式 L-form」，但卻大多為「右旋光性」）

除了上述實驗之外，米勒還進行了其他相關的實驗，但這些實驗都沒有發表，產物也沒有進行分析。2008年，11名科學家重新分析了米勒-尤里實驗留下的實驗瓶樣品，藉助於高效液相色譜和質譜技術，他們發現該實驗產生的有機化合物比原先報道的要多。^[4]有機物數量最多的是一個模擬火山爆發情景的實驗：水蒸氣推動著其他氣體進入一個經過改造的燒瓶中，加入抽氣裝置，使氣體流動的速度加快。在電火花的作用下，水分子在這種情況下可以均裂生成羥基自由基，再加之其他分子參與的反應，該實驗一共得到了22種胺基酸，5種胺，以及很多羥基化的化合物。^[5]羰基硫可以幫助這些胺基酸縮合形成多肽。這些進一步的研究為化學演化的假說提供了證據，使生命起源的問題再次回歸焦點。^[6]

米勒實驗證明：由無機物合成小分子有機物是完全有可能的。

實驗反應式

實驗中首先形成醛（R-CHO）與氰化氫（HCN），而兩者可作為接下來化學反應的原料，經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		羥基酸

含碳產物列表

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

產物	化學式	化合物莫耳數 (μmol)	每一分子的碳原子數	碳原子莫耳數 (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
亞氨基二乙酸	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-NH-CH_{2}-COOH}$	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-羥基丁酸	${\displaystyle H_{3}C-CH_{2}-CH(OH)-COOH}$	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-氮雜己二酸	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-NH-CH_{2}-CH_{2}-COOH}$	15	5	75
N-甲基丙氨酸	${\displaystyle H_{3}C-CH(NH-CH_{3})-COOH}$	10	4	40
穀氨酸*	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOH}$	6	5	30
天冬氨酸*	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOH}$	4	4	16
α-氨基異丁酸	${\displaystyle H_{3}C-C(CH_{3})(NH_{2})-COOH}$	1	4	4
	總計	4916		8944

（*合成蛋白質的胺基酸)

參考文獻

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. （原始內容 (PDF)存檔於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]. （原始內容存檔於2008-10-20）.
6. 'Lost' Miller-Urey Experiment Created More Of Life's Building Blocks. Science Daily. Oct 17, 2008 [2008-10-18]. （原始內容存檔於2008-10-19）.
7. Richard E. Dickerson: Chemische Evlution und der Ursprung des Lebens, in Spektrum der Wissenschaft, 1979, Heft 9, S. 193

外部連結

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