Miller-Urey kísérletek hibái

A Miller-Urey kísérletek hibái

A tudományos életben ma már köztudott,
hogy a darwini elmélet több tartópillére
vagy hamis, vagy pedig félrevezető.
a biológia-tankönyvek azonban még mindig
az evolúcióelméletet bizonyító tényként közlik őket.
mit árul el mindez a tankönyvek tudományos színvonaláról?

Jonathan Wells

1. A Miller-Urey kísérlet

1952-ben Alexander Oparin szovjet tudós elméletének igazolására a Chicagói Egyetemen Harold Urey és doktoráns hallgatója Stanley Miller laboratóriumi keretek között elvégezték az azóta elhíresült kísérletet. Urey szerint a Föld ősi légköre lényegében oxigénmentes volt, s jórészt hidrogénből, metánból, ammóniából és vízgőzből állhatott. E gázkeverékből a légköri villámlások hatására egyszerű, szerves vegyületek szintetizálódhattak. Urey egyik tanítványa, Stanley L. Miller megkísérelte utánozni ezt a folyamatot. Egy lombikban vizet forralt, s ennek gőzét egy nagyobb, ötliteres palackba vezette, melybe elektródákat forrasztott be, s ezek között gyakori elektromos kisüléseket létesített. A palackból egy hűtőn keresztül vezette vissza a gázt a vizet tartalmazó lombikba. Az egész rendszerből az oxigén tartalmú levegőt a feltételezett ősi légkörnek megfelelő gázkeverékkel (H2, CH4, NH3) szorította ki. A víz forralásából fejlődő vízgőz a gázpalackba jutott, ahol a kisülések hatására a gáz eleggyel reakcióba lépett, s a termékek a hűtőben lecsapódó vízgőzzel ismét a vizes lombikba kerültek vissza. A kísérletet két hétig folytatta, majd a termékeket vegyelemezte.

Az eredeti készülék sematikus rajza

Az eredmény meglepő volt. A metánként (CH4) bevitt szén 15 százaléka különféle oldott, szerves anyagokká alakult át, s további jelentős része elemezhetetlen kátrányként vált ki az edény falán. A keletkezett vegyületek zöme hangyasav és más szerves savak, köztük aminosavak voltak. Bebizonyosodott tehát, hogy ilyen módon létrehozhatók a fehérjék építőkövei, az aminosavak!

Mindössze 1 hét alatt Millernek sikerült a szerves élet építőelemeit előállítania. A világ tudósait elámította, hogy ilyen rövid idő alatt aminosavak jöttek létre. Azonban nem csak L, hanem D konformációban is, amely az élet számára nem használható.

2. Kémia 3 dimenzióban

Az, hogy egy szerves molekula L és a D izomerjei mennyire különböző módon hatnak az élő szervezetre, álljon itt két példa:

1.ábra. Az enantiomerek biológiai hatása eltérő

3. A Miller-Urey kísérlet kritikája

Az ilyen típusú kísérletekkel szemben alapvető kifogások merültek fel. Tudjuk ugyanis, hogy ezek a kísérleti eredmények emberi közreműködéssel születtek meg. A modellkísérletek csak akkor lennének elfogadhatóak, ha valóban a Föld lehetséges korai állapotát szimulálnák. A kísérletek során végzett emberi beavatkozás mértéke (és így a kísérletek eredménye) azonban elfogadhatatlanná válik, ha a laboratóriumi reakciókörülmények nem feleltethetők meg az egykori természeti körülményeknek. Az erre vonatkozó elemzés azt mutatja, hogy a kiindulási állapot meghatározása és a kísérletet végző személyek sorozatos beavatkozása valamennyi kísérleti technika esetében döntő fontosságú szerepet játszott a kísérletek végkimenetelében, így e kísérleteket nem lehet elfogadni „a vegyületek spontán keletkezésének” szemléltetésére. A kísérleti körülmények a legtöbb esetben, olyan mértékben mesterségesek és leegyszerűsítettek voltak, hogy jóformán semmiféle összefüggésben nincsenek azokkal a folyamatokkal, amelyek a szabad természetben bármikor bekövetkezhettek volna. Említsünk meg néhányat a „szabálytalan” megoldások közül, amelyek természeti körülmények között nem lennének elképzelhetőek.

A Miller által létrehozott „légkör” nem felel meg a feltételezett ősi légkörnek, mert az általános vélekedés szerint abban nem volt metán és ammónia. Ezt később Miller is beismerte. Az ammónia jelenléte azonban elengedhetetlen lenne az aminosavak képződéséhez. Újabb vélemények szerint oxigén viszont volt a légkörben, amit a 3,5 milliárd éves kőzetekben lévő oxidálódott vas és uránium bizonyít. Az oxigén jelenléte a gázkeverékben szintén tönkretette volna Miller kísérletének eredményeit.
A kísérletek során gyakran „csapdázási”technikát alkalmaztak, vagyis folyamatosan kivonták a kívánt reakciótermékek egy részét a reakciótérből (például a lombikból). Így természetellenes módon megakadályozták, hogy a képződő vegyületeket egyszersmind el is bontsa az az energiaforrás, amelyik létrehozta őket, ahogy ez általában a természetben történne.

A világhírű tudományos író, Carl Sagan jegyezte meg ezzel kapcsolatban: „A szerves vegyész érthető módon előszeretettel eltávolítja a képződő termékeket az energiaforrás környezetéből, mielőtt azok lebomlanának. Amikor azonban az élet eredetéről beszélünk, azt is figyelembe kell vennünk, hogy a képződés mellett bomlási folyamatok is bekövetkeznek, s így a folyamat más irányt vehet, amennyiben a termékeket nem távolítjuk el a reakciótérből.” (Carl Sagan, in: S. W. Fox (szerk.): The Origins of Prebiological Systems. [A prebiológiai rendszerek eredete.] Academic Press, New York, 1965. 195. old.) Például Miller kísérletének végére olyan szerves savak is létrejöttek, amelyek kérlelhetetlenül lebontották volna az aminosavakat, ha Miller idejekorán nem menekíti ki őket a savas közegből.

A kísérletek során használt elektromos kisülésekkel a villámlások hatását próbálták modellezni, azonban a kísérletekben használt energiasűrűség egyáltalán nem volt valósághű, így nem tekinthető a természetes folyamat modelljének.
Amikor a kísérletek során ibolyántúli besugárzást alkalmaztak, akkor hosszú hullámhosszúságú sugarakkal dolgoztak, a rövid hullámhosszúságú sugárzást kerülték, mert azok a vegyületek lebontásában hatékonyak. A valós körülmények között azonban nyilván a Nap fényének teljes spektruma jelen volt, vagyis rövid és hosszú hullámhosszúságú sugarak egyaránt érték a bolygónkat.
A laborkísérletekben az alkalmazott energiaforrásokat rendszerint elkülönítve alkalmazták. Tehát figyelmen kívül hagyták, hogy a természetben az energiaforrások egyidejűleg vannak jelen, és az egyik energiaforrás elpusztíthatja a másik révén keletkezett termékeket! Ráadásul a bomlási folyamatok vannak túlsúlyban.
A szakirodalom valamennyi kísérlet esetében azt feltételezi, hogy ha két, vagy több vegyület más anyagoktól elkülönítve reakcióba tud lépni egymással, akkor ezek a reakciók úgy is lejátszódnának, ha az őslégkör, az ősleves (vagy egy más közeg) többi összetevője is jelen lenne. Az igazság azonban az, hogy más vegyületek jelenléte megakadályozhatja két olyan vegyület kölcsönhatását, amelyek elkülönítve képesek egymással reakcióba lépni. Így a hamis modellkísérletek során olyan „kívánt” anyagok jelennek meg, amelyek valós körülmények között soha nem jöhetnének létre. A természetben nem úgy van, hogy a szükséges anyagok a szükséges mennyiségben, vegytisztán fordulnak elő, hanem számtalan kémiai elem és vegyület van jelen egyszerre, összezavarva az evolucionisták által feltételezett „eredményes reakciókat”.

Tehát a laboratóriumi kísérletek alkalmával a kutatók – a folyamatok általuk remélt eredménye érdekében – nagyszámú manipulatív beavatkozással éltek. Ez azonban ellentétben áll a kutatók azon alapállásával, mely szerint „egy külső erő nem avatkozhatott be az élet létrejöttének folyamatába”.

A prebiotikus modellkísérletek így csupán azt bizonyítják, hogy intelligens emberi tervezés és jól ellenőrzött folyamatok révén összeállítható az élő szervezetekben található legegyszerűbb molekulák némelyike. Ahogy Brooks és Shaw írja: „Ezen … abiotikusnak nevezett szintéziskísérleteket a fejlett értelemmel rendelkező és nagymértékben „biotikus” ember tervezte és valósította meg.” (J. Brooks – G. Shaw,: Origin and Development of Living System. [Az élô rendszerek eredete és fejlôdése.] Academic Press, New York, 1973. 212. old.)

Az életeredet elméletek afölött is hajlamosak elsiklani, hogy ha az alapvető biológiai összetevők valahogy mégis létrejöhettek volna a szabad természetben, akkor számtalan olyan hatásnak lettek volna kitéve, amely a lebomlásuk, nem pedig további „összeilleszkedésük” irányába hatott volna.

A kémiai reakciókat befolyásoló bomlasztó hatások többek között:

a Nap ibolyántúli sugárzásának hatása;
a szerves vegyületek lebomlása energiaközlés hatására;
a hidrogén-cianid (HCN) és
a nitrilek (RCN) elbomlása;
a karbonilcsoport reakciója aminocsoporttal;
véletlenszerű amidszintézis a polipeptidek képződése során;
a polipeptidek és polinukleotidok lánchosszabbodási folyamatának megszakadása;
az aminosavak és polipeptidek elbomlása (hidrolízise);
a zsírsavak és foszfátok kicsapódása kalcium és magnéziumsókkal;
a szénhidrogének és a szerves nitrogénvegyületek megkötődése az agyagszemcséken.

Harold C. Urey (Miller tanára) beismerte, hogy az élet létrejötte korántsem olyan egyszerű, mint ahogy korábban gondolták: „Mi, akik az élet eredetét tanulmányozzuk, minél többet vizsgálódunk, annál inkább úgy érezzük, túl bonyolult ahhoz, hogy bárhol kifejlődhetett volna. Valamennyien hittételként hiszünk abban, hogy az élet az élettelen anyagból alakult ki ezen a bolygón. De az élet annyira bonyolult, hogy nehezen képzelhető el, tényleg így történt.” (W. R. Bird: The Origin of Species Revisited. Thomas Nelson Co., Nashwille, 1991. 325. old.)

Az eddigiekből kiderült, hogy az evolúcióbiológia még az élő szervezetek „tégláinak” létrejöttéről sem tud kielégítően számot adni. És hol van ez még az „épülettől”, akár egyetlen sejt összetettségétől!

A fehérjealkotó aminosavak mind α-amino-karbonsavak. Ez azt jelenti, hogy olyan, aminocsoportot és karboxilcsoportot egyaránt tartalmazó vegyületek, amelyek aminocsoportja és karboxilcsoportja ugyanahhoz a szénatomhoz, nevezetesen az α-val jelölt szénatomhoz kapcsolódik (lásd 1. ábra).

2. ábra: Az amino-karbonsavak általános képlete

Ehhez az α-szénatomhoz tartozik az oldallánc csoport is. A 20-féle fehérjealkotó aminosav az oldalláncok tekintetében különbözik egymástól. Megjegyezzük, hogy létezik egy 21. és 22. fehérjealkotó aminosav is. Az élővilág minden kategóriájában, bár nem túl sok

Az ősi állapotot szimuláló környezetben a tudósok soha nem jutottak tovább az egyszerű aminosavaknál, a fehérjék létrehozása már nemcsak egyetlen, vagy néhány apró lépésnek tűnt, hanem egy hatalmas, sőt talán áthidalhatatlan vízválasztónak.

A Miller-Urey kísérletet az 1970-es években érte a legnagyobb csapás, amikor a tudósok felvetették, hogy a Föld őslégköre nem azokból a gázokból állt, amiket Miller és Urey használtak. A kísérlet elvégzése óta eltelt időben kiderült, hogy a Föld őslégkörére vonatkozó elképzelések tévesek voltak. A tudósok által „redukálónak” nevezett, vagyis hidrogénben gazdag környezet helyett a Föld őslégköre valószínűleg a vulkánok által kibocsátott gázokból állt. Manapság szinte minden geokémikus egyetért ezzel. De amennyiben ezeket a vulkanikus gázokat is bevezetjük a Miller-Urey-féle lombikba, a kísérlet nem működik, vagyis az „élet építőkövei” nem állíthatók elő.

Vajon mihez kezdenek a tankönyvek ezzel a zavarba ejtő ténnyel? Általában tudomást sem vesznek róla, hanem továbbra is a Miller-Urey kísérlet segítségével győzik meg a diákokat, hogy a tudósok már megmutatták az élet keletkezésének egy nagyon fontos, első lépését. Az ilyen tankönyvek közé tartozik például a már említett Molekuláris sejtbiológia is, amelynek egyik szerzője Bruce Alberts, az Egyesült Államok Tudományos Akadémiájának elnöke. A legtöbb tankönyv még azt is elmagyarázza a diákoknak, hogy az élet eredetét kutató tudósok már rengeteg más bizonyítékot is találtak annak igazolására, hogy az élet spontán módon jött létre – azt azonban nem kötik a diákok orrára, hogy a tudósok ma már elismerik, hogy még mindig nem képesek erre elfogadható magyarázatot adni.

Azt mindenképp észre kell venni, hogy a kísérlet során nem „élet” keletkezett, hanem olyan aminosavak, amelyek a fehérjék alapjai. Miller kísérletének van egy másik, igen jelentős momentuma, amire tudományos körökben nem nagyon szoktak felfigyelni. A lombikban található gázok testesítették meg az őslégkört, a forrásban lévő víz az ősóceánt, a napokon át tartó elektromos szikrák pedig a villámokat. De kit személyesített meg a kísérletben maga Stanley Miller? Ki az a személy, aki – bármilyen formában is történt a teremtés – felügyelte az egész folyamatot? Erre a kérdésre mindenkinek személyesen kell válaszolnia.

4. A kísérlet és tanulságai

Összegezve, az ősleves kutatási program fő erőssége az, hogy világosan megmutatta: a biológiailag fontos kismolekulák könnyedén létrejöttek megfelelő körülmények között, élő rendszer, enzimek vagy akár gondos, szerves kémiai technikák alkalmazása nélkül is. De hátrányai is jelentősek. Először is, az ősleves elmélet egy mára jelentősen elavult, ősfölddel kapcsolatos koncepcióra alapoz. Másodszor, a kémiai inkompatibilitás (összeférhetetlenség) merül fel akadályként. Noha a szintetizált szerves vegyületek listája a Miller-típusú kísérletekben lenyűgöző, de ezek egymástól eltérő kísérleti feltételek mellett képződtek. Ha az „A” anyag szintéziséhez a, a „B” anyag szintéziséhez b környezet szükséges, akkor egyáltalán nem magától értődik egy olyan (a + b) köztes környezet, amely mindkettő szintéziséhez megfelelő; de ha van is, lehet, hogy sokkal inkább „C” szintézisének kedvez, mint akár A, akár B megjelenésének. Nem született még meggyőző javaslat, hogy miként jussunk ki ebből a csapdából. Amint azt Günter Wächtershäuser helyesen megállapította, a változatos ősleves kísérletekben a szintetizált összetevők roppant nagy variációban keletkeznek. (Wächtershäuser, Günter (1988): Before Enzymes and Templates: Theory of Surface Metabolism. Microbiological Reviews. 52, 452-484.)

A fehérjék 20-féle aminosavból állnak, és kémiai értelemben nincs korlátja annak, hogy ezek milyen sorrendben követhetik egymást. A fontos kérdés az, hogy ezek közül melyek lesznek azok a sorrendek, amelyek stabil térszerkezetű, funkcióképes fehérjét eredményeznek. A gondolatkör szempontjából a legfontosabb felismerés az, hogy az élővilág összes faja azonos alkotóelemekből, azonos elvek alapján hoz létre adott esetben fajra jellemző makromolekulákat. Ahogyan az a magyar szavakra vonatkozó része jelzi, a monomerek sorrendje információt hordoz, az egyes elemek kicserélése megváltoztatja az információ jelentését.

Ahogy a magyar nyelv 40 betűjéből 408 = 6,55×1012 számú, tehát több mint 6500 milliárd 8-betűs karaktersor jöhet létre. Valójában a magyar nyelv néhányszor tízezer szóból építkezik (és ezeknek csak egy kis része éppen 8-betűs). Az elemek kombinálódása tehát szinte végtelen lehetőségeket ad, a kérdés inkább az, hogy ezek közül mennyi lesz „értelmes”, használható.

5. Entalpia, entrópia

A polipeptid felbomlása hidrolízissel megy végbe, vagyis peptidkötésenként egy vízmolekula „lép be” a hasadó molekulába. Ez a folyamat a természetben spontán végbemegy.

A spontán végbemenő hidrolízis folyamatához képest fordított folyamat, a vízkilépéssel történő kondenzáció, amely a polipeptidlánc szintézise. Energetikai okok miatt a természetben nem mehet végbe spontán. Az élő szervezetben a fehérjék egy ATP-igényes folyamatban, kapcsolt reakciókon keresztül keletkeznek. A kapcsolt reakciókban az aminosavak aktivált, nagy energiaszintű vegyületek részeiként jelennek meg. A folyamatot kísérő ATP-ADP átalakulás miatt a kapcsolt reakciók együttesen már le tudnak játszódni. A kémiai átalakulások sebességének termodinamikai leírásával a későbbiekben foglalkozunk.

Ne felejtsük el, hogy minden élőlényre, még a legegyszerűbbre is igaz, hogy lényegesen összetettebb, „bonyolultabb”, mint élettelen környezete. Ez a nagyfokú komplexitás alapvető kritériuma annak, hogy az élőlény hatékony módon, a többi élőlénnyel folyamatos versenyben fennmaradjon, és szaporodjon.

Az élőlények legkisebb működési egysége a sejt. Mind a sejtek, mind a sejtekből szerveződő élő szervezetek termodinamikai értelemben nyílt rendszerek, amelyek folyamatosan anyagokat és energiát vesznek fel a környezetükből, illetve anyagokat és energiát adnak le a környezetüknek. Ez a folyamatos anyag és energiaáramlás termodinamikai törvények által megszabott, megkerülhetetlen feltétele annak, hogy az élőlény fenntartsa, rendezett, tehát alacsony entrópia szintű felépítését. Mint látni fogjuk, az élőlények csak úgy tudják fenntartani vagy tovább csökkenteni alacsony entrópia szintjüket, hogy eközben a környezetük entrópiáját, rendezetlenségét folyamatosan növelik.

Ezzel kapcsolatban érdemes megjegyezni, termodinamikai értelemben mennyire nem helytálló az a kijelentés, miszerint az élőlények „egyensúlyban vannak a környezetükkel”. A kijelentés természetesen arra utal, hogy a természetben az élőlények hosszú távon stabilan együtt tudnak létezni környezetükkel. Az élőlényekben, amíg élnek, éppenséggel olyan folyamatok zajlanak, amelyek megakadályozzák, hogy termodinamikai egyensúly álljon be az élőlény és a környezet között. A termodinamikai egyensúly valójában akkor kezd kialakulni, amikor az élőlény elpusztult. Vajon az élő rendszer kialakulása ELŐTT milyen természeti folyamat segítette elő a termodinamikailag elképzelhetetlen alacsony entrópiaszint kialakulását és fennmaradását?

5.1. Összefoglalva

A fehérjelánc szintézise energetikai okok miatt a természetben nem mehet végbe spontán, viszont a lánc felbomlása önmagától lejátszódó folyamat. Ezt tapasztaljuk, amikor egy élőlény elpusztul.

Minden élőlényre, még a legegyszerűbbre is igaz, hogy lényegesen összetettebb, „bonyolultabb”, mint élettelen környezete. Ez a nagyfokú komplexitás alapvető kritériuma annak, hogy az élőlény hatékony módon, a többi élőlénnyel folyamatos versenyben fennmaradjon, és szaporodjon. Ebben a rendkívül összetett, finoman összehangolt rendszerben tud a fehérjelánc felépülni, de csak amíg az organizmus él. Az élet megszűnésével a rendszer lebomlik, és beáll a termodinamikai egyensúly a környezettel.

6. Az élő és az élettelen összetétele

Az egyes elemek élőlényekre jellemző arányai rendkívüli mértékben eltérnek az élettelen környezetükre jellemző arányoktól. A földkéregben például sokkal kevesebb a szén, mint az élőlényekben. Néhány, a földkéregben nagy tömegben előforduló elem, például a szilícium, a fluor vagy az alumínium viszont csak nagyon alacsony koncentrációban van jelen az élőlényekben. Ez már önmagában is mutatja, hogy az élőlények nem válogatás nélkül veszik fel a környezetük anyagait, hanem aktív módon, energia befektetés révén szelektálnak. Ez természetesen összefügg a már említett ténnyel, hogy az élőlényeknek ahhoz is energiát kell felhasználniuk, hogy a környezettől eltérő állapotukat fenntartsák.

Ez az összefüggés rávilágít arra, hogy az élőlények csak olyan folyamatokkal érhetik el magas rendezettségű, tehát alacsony entrópiájú állapotukat, amely folyamatok eredményeként környezetük entrópiája folyamatosan növekszik! Ezek a folyamatok pedig nem mehetnek végbe irányítatlanul, élettelen rendszerekben.

7. A „kémiai evolúció” paradoxona

A DNS négybetűs nyelvét az úgynevezett nukleotidok alkotják (Adenin, Citozin, Timin, Guanin). Ezeket az építőköveket kezdőbetűikkel jelöljük, mint A, C, T, G.

Sem a DNS sem az RNS sem képes spontán önmagát másolni, mert a másolási mechanizmushoz fehérjék szükségeltetnek. A másoláshoz szükséges fehérjék aminosav sorrendjét viszont a DNS kódolja, akárcsak az összes többi fehérjéét

A DNS-ben olvasható óriási mennyiségű információ a nukleotidok sorrendjében kódolt, melyek a könyv betűihez, szavaihoz, mondataihoz, vagy a bekezdésekhez hasonlóan egy szálra vannak felfűzve, és értelmezhető információként szolgálnak a sejt számára, hogy hogyan állítsa elő önmagát. Ahogyan az írott szövegben, itt is bármely betű kapcsolódhat bármelyikhez, a betűk sorrendjét és kapcsolódásuk mikéntjét azonban nem kémiai tulajdonságaik szabják meg!

vagy azt kellene megmagyarázni, hogyan állhatnak össze aminosavak fehérjékké, fehérjék élőlénnyé, genetikai kód nélkül a termodinamika törvényei ellenére; vagy
azt, hogyan jöhet létre ilyen genetikai kód spontán, „véletlenül”.

Egyikre sincs válasz, mert önmagában mindegyik lehetetlen…

8. Tartalomjegyzék

1. A Miller-Urey kísérlet 1

2. Kémia 3 dimenzióban. 2

3. A Miller-Urey kísérlet kritikája. 2

4. A kísérlet és tanulságai 5

5. Entalpia, entrópia és egyéb népi bölcsességek. 6

5.1. Összefoglalva. 6

6. Az élő és az élettelen összetétele. 7

7. A „kémiai evolúció” paradoxona.