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科学美国人(翻译):关于生命起源的著名实验揭示了数十年来遗漏的关键细节 2021.11.25

Redo of a Famous Experiment on the Origins of Life Reveals Critical Detail Missed for Decades

关于生命起源的著名实验揭示了数十年来遗漏的关键细节

Sarah Vitak: This is Scientific American’s 60 Second Science. I’m Sarah Vitak. 

Serovital:这是《科学美国人》的 60 秒科学。 我是莎拉·维塔尔。

The question of how life came to be has captivated humans for millennia. The prevailing theory now is that on a highly volatile early earth lightning struck mineral rich waters. And that the energy from lighting strikes turned those minerals into the building blocks of life: organic compounds like amino acids. Something we often refer to as the “primordial soup.”
数千年来,生命如何形成的问题一直困扰着人类。 现在流行的理论是,在高度不稳定的早期地球上,闪电击中了富含矿物质的水域。 来自雷击的能量将这些矿物质变成了生命的基石:氨基酸等有机化合物。 我们常说的“原汤”。
The wide acceptance of this theory is in large part due to the very famous Miller-Urey experiment. You surely encountered this in a science textbook at some point--but to refresh your memory: in 1952 Stanley Miller and Harold Urey simulated the conditions of early earth by sealing water, methane, ammonia, and hydrogen in a glass flask. Then they applied electrical sparks to the mixture. Miraculously, amino acids came into existence amid the roiling mixture. It was a big deal.

这一理论的广泛接受在很大程度上归功于非常著名的米勒-尤里实验。 您肯定在某个时候在科学教科书中遇到过这种情况——但为了刷新您的记忆:1952 年,Stanley Miller 和 Harold Urey 通过在玻璃烧瓶中密封水、甲烷、氨和氢气来模拟早期地球的条件。 然后他们对混合物施加电火花。 奇迹般地,氨基酸在翻滚的混合物中出现了。 这是一件大事。

But recently a team of researchers realized that--much like that first primordial soup sitting in a bowl of Earth--the experiment’s container played an underappreciated role. That perhaps it was also critical to the creation of organic building blocks inside their laboratory life soup.

I talked to someone from the team.

但最近,一组研究人员意识到——就像放在一碗地球上的第一道原始汤一样——实验的容器发挥了一个被低估的作用。 也许这对于在他们的实验室生活汤中创造有机积木也很重要。

我和团队中的某个人谈过。

Saladino: I am Raffaele Saladino from University of Tuscia in Italy.

Vitak: Then, much like today, when a researcher goes to start an experiment often one of the first things they do is reach for their glassware. Well, today actually we use a lot of plastic as well

Saladino: But 20 years ago in the lab, only glass containers because in the mind of the researcher glass is inert.

Saladino:我是来自意大利图西亚大学的 Raffaele Saladino。

Vitak:然后,就像今天一样,当研究人员开始实验时,他们做的第一件事通常是伸手去拿玻璃器皿。 嗯,今天实际上我们也使用了很多塑料

Saladino:但是 20 年前在实验室里,只有玻璃容器,因为在研究人员的脑海中玻璃是惰性的。

Vitak: He said inert, meaning that it doesn’t react with the chemicals you put inside it. But in reality that is not necessarily always the case. 

Most of the time glass is pretty inert. When you’re baking with pyrex (which is made of borosilicate glass, the same type of glass most labware is made out of) the cookware isn’t going into your brownies. But when you’re baking whatever is in the pan is usually mostly water so it will come at a pH of around 7 or so.

Vitak:他说惰性,这意味着它不会与您放入其中的化学物质发生反应。 但实际上情况并非总是如此。

大多数时候玻璃是非常惰性的。 当您使用耐热玻璃(由硼硅酸盐玻璃制成,与大多数实验室器具制成的玻璃类型相同)烘焙时,炊具不会进入您的巧克力蛋糕。 但是当你烘烤锅里的东西时,通常大部分是水,所以它的 pH 值会在 7 左右。

But the pH of the Miller-Urey experiment is much higher. In the original experiments they used a pH of 8.7 which is more alkaline, or basic.

Saladino: Why alkaline environment is an important topic? Since under alkaline condition borosilicate can be impacted through blinds in the reaction menu, it is not inert it became a reagent. 

但是 Miller-Urey 实验的 pH 值要高得多。 在最初的实验中,他们使用 8.7 的 pH 值,这是更碱性或碱性的。

Saladino:为什么碱性环境是一个重要的话题? 由于在碱性条件下,硼硅酸盐可以通过反应菜单中的百叶窗进行影响,因此它不是惰性的,它成为了一种试剂。

Vitak: In fact, this was actually noted by Miller in his original experiments--that the alkaline conditions caused the silica to dissolve. But it was overshadowed by the discovery of the synthesis of organic compounds. And as future researchers carried on they missed that point in Miller’s notes.

Vitak:事实上,Miller 在他最初的实验中确实注意到了这一点——碱性条件导致二氧化硅溶解。 但它被有机化合物合成的发现所掩盖。 随着未来的研究人员继续进行,他们错过了米勒笔记中的这一点。

Saladino: The attention was concentrated on modifying the atmosphere, on modifying the energy, the intensity, and modifying the analytical tools.

Vitak: And the role of the silica got forgotten entirely. 

Saladino:注意力集中在修改大气、修改能量、强度和修改分析工具上。

Vitak:二氧化硅的作用被完全遗忘了。

Dr. Saladino’s team wanted to see if the glass was doing anything in the reaction. To test this they set up three different versions of the original experiment where everything was the same except the containers. For comparison they chose teflon which does not dissolve when holding an alkaline solution, the way the glass does.

Saladino 博士的团队想看看玻璃是否在反应中起任何作用。 为了测试这一点,他们设置了原始实验的三个不同版本,除了容器之外,所有内容都相同。 为了进行比较,他们选择了聚四氟乙烯,它在保持碱性溶液时不会溶解,就像玻璃一样。

Saladino: There is the experiment only glass, the experiment only Teflon, and in the middle, there is the experiment in teflon with some pieces of glass added inside.

Vitak: Then they used a technique called mass spectrometry to analyze what each reaction produced. Mass spectrometry is great for figuring out what kinds of molecules are in a complex mixture.

Saladino:实验只有玻璃,实验只有特氟龙,中间是特氟龙实验,里面加了一些玻璃。

Vitak:然后他们使用一种称为质谱的技术来分析每个反应产生的结果。 质谱法非常适合确定复杂混合物中的分子种类。

They found that teflon produced very few organic compounds. There were more compounds in the teflon with glass pieces. But the glass container, by far, created the greatest number and largest variety of organic molecules.

The mechanism of exactly how the silica helps catalyze the reaction is not clear yet--but it is very clearly does.

他们发现特氟龙产生的有机化合物非常少。 带有玻璃碎片的聚四氟乙烯中有更多的化合物。 但迄今为止,玻璃容器创造了数量最多、种类最多的有机分子。

二氧化硅如何帮助催化反应的确切机制尚不清楚——但很清楚。

The obvious question then is: Was there silica available in the early earth environment?

Saladino: The water is not suspended in a vacuum. No? The water is in geochemistry, it is surrounded by minerals. Borosilicate and silica are the most abundant minerals surrounding the water.

那么显而易见的问题是:早期地球环境中是否存在二氧化硅?

Saladino:水不是悬浮在真空中。 不? 水在地球化学中,被矿物质包围。 硼硅酸盐和二氧化硅是水周围最丰富的矿物质。

Vitak: The team has two next major objectives in mind. First, to try updating the experiment to model more closely the amount of silica that would have been available in the early Earth.

Second, they want to try replacing the silica with extraterrestrial minerals like, pieces of meteorite or rocks from other planets. Apart from just being very cool, that could give a more concrete idea of how to look for life in space. 

Vitak:团队有两个下一个主要目标。 首先,尝试更新实验以更接近地模拟早期地球中可用的二氧化硅量。

其次,他们想尝试用外星矿物(如陨石碎片或来自其他行星的岩石)代替二氧化硅。 除了非常酷之外,这还可以为如何在太空中寻找生命提供更具体的想法。

But here on Earth, coming one step closer to fully understanding why we exist is that much more satisfying. Even after nearly 70 years, a key discovery in our complex origin story still carries new revelations. As the authors say in the paper: "The role of the rocks was hidden in the walls of the reactors."

但是在地球上,更接近于完全理解我们为什么存在的意义要令人满意得多。 即使在将近 70 年之后,我们复杂起源故事中的一项关键发现仍然带来新的启示。 正如作者在论文中所说:“岩石的作用隐藏在反应堆的壁中。”

Thanks for listening. For Scientific American’s 60 Second Science, I’m Sarah Vitak. 

谢谢收听。 对于《科学美国人》的 60 秒科学,我是 Sarah Vitak。

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