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科技史话篇-人工合成氨基酸

我们知道,所有的细胞,不管是植物的、动物的,还是细菌的,它们都毫无例外地具有一个最最重要的部分——蛋白质,这是构成生命的基础。建造蛋白质分子的“积木”,叫做“氨基酸”。不同数量、性质的氨基酸,就像积木一般,可以“拼”成许许多多的蛋白质。

1953年,美国芝加哥大学的“教授会”上,正在审议一位博士研究生斯唐来米勒设计的实验方案。教授们看清楚米勒的实验方案后,不禁大吃一惊:年仅23岁的米勒,竟然想在容器里人工合成氨基酸!

“氨基酸是构成生命的重要物质基础,地球经过几十亿年才孕育出来,怎么可能在试管中形成呢?”

“年轻人,不要浪费宝贵的时间和精力,这是绝对不可能实现的计划!”

但米勒充满自信:“只要我们能模拟出原始地球的还原性大气,再模仿当时经常电闪雷鸣的自然条件,就很有可能产生氨基酸!”

事实上,米勒的实验方案并不是凭空想象出来的。早在1936年,俄国生物学家奥巴林就出版了《生命的起源》一书,并且译成了英文。这位第一个详细研究生命起源的人,在书中阐述了自己的研究成果,认为生命一定起源于这样的大气中:以氢、甲烷、水蒸气为主,同时有一个溶有大量氨的海洋。

米勒设计了一种特殊的大玻璃容器。为了保证实验制成的复杂化合物一定不是活细胞形成的,他先把仪器抽成真空,并用130℃高温连续消毒了18个小时。然后,再通入氨、甲烷、氢气,这些气体混合的比例与推测的原始大气基本相同。

接着,他在另一个同样消毒过的玻璃容器中将水煮沸,形成的蒸气经过一根玻璃管进入第一个玻璃仪器中。在蒸气的推动下,氨、甲烷和氢气形成的混合气体又经过另一根玻璃管回到沸腾的水中。米勒让第二根玻璃管保持冷却状态,从而使蒸气在尚未滴回原来的容器前就转变为水了。

这样,在沸水的带动下,氨、甲烷、氢和水蒸气的混合物就在这套特别的装置中不断地循环。

还必须考虑的一个问题是能量的供应。米勒和尤里推测,有两种可能的能源:一是太阳的紫外线;一是来自闪电的电火花。“紫外线十分容易被玻璃瓶吸收,我想可以用连续的电火花来供应能量。”

这样,米勒的实验真正开始了,他现在只需要时间和认真的观察。米勒发现,刚开始水和空气是无色的,但突然到了一天晚上,水变成了粉红色。随着时间不断地推移,水的颜色越来越深,直到最后成为深红色。

实验进行了110个小时之后,氨的浓度迅速下降,氨基酸的比例则持续上升。一个星期过去了,实验的第八天,米勒终于得到了期望的结果:在这个容器里面,出现了甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸等重要的氨基酸2。

而这些成分中,甘氨酸和丙氨酸是构成各种蛋白质的19种氨基酸“积木”中的两种,也是所有氨基酸中最简单的。

就这样,米勒把小小的容器变成浓缩了的原始地球,重新演绎了几十亿年前发生的惊天动地的奇迹,展示了原始地球合成有机物的生动图景。

人工合成氨基酸的成功,震动了整个生物学界。在探索生命起源的征途上,人类又迈出了重要的一大步。