1929年，生物学家阿列克桑德·奥帕瑞和约翰·霍尔丹猜测早期的地球大气层缺少氧气。在这种恶劣的情况下，如果单分子受到紫外线或者闪电等强能量刺激，它们将形成复杂的有机物分子，霍尔丹说道，海洋，曾经只是这些有机分子的“原生汤”。为了对阿列克桑德·奥帕瑞和约翰·霍尔丹和理论进行验证，1953年，美国化学家哈罗德·尤里和斯坦利·米勒进行了著名的米勒—尤列实验。他们建立了一个受控型密封系统，模拟地球早期大气层环境。

简介

实验方式与结果

实验反应式

含碳产物列表

意义

参考文献

简介

1929年，生物学家阿列克桑德·奥帕瑞和约翰·霍尔丹猜测早期的地球大气层缺少氧气。在这种恶劣的情况下，如果单分子受到紫外线或者闪电等强能量刺激，它们将形成复杂的有机物分子，霍尔丹说道，海洋，曾经只是这些有机分子的“原生汤”。

为了对阿列克桑德·奥帕瑞和约翰·霍尔丹和理论进行验证，1953年，美国化学家哈罗德·尤里和斯坦利·米勒进行了著名的米勒—尤列实验。他们建立了一个受控型密封系统，模拟地球早期大气层环境。

他们在长颈瓶中装上温水来模拟当时的海洋，当水蒸气蒸发时，会被收集在另一个烧瓶中。尤里和米勒在该实验装置中引入了氢气、甲烷和氨气，模拟早期大气层无氧气的状况。然后，他们释放电火花，来模拟闪电，进入这种混合气体构成的无氧大气层。最终，利用冷凝器将这些气体冷却成液体，收集进行分析。

实验开始一周後的观察中发现，在冷却的液体中大量地存在着有机化合物，约有10%到15%的碳以有机化合物的形式存在。其中2%属于氨基酸，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。尤里和米勒得出结论称，有机分子形式能够来自于无氧大气层，同时最简单的生命体也可能孕育在这种早期环境中。

米勒-尤列实验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（Alexander Oparin）与J. B. S. 霍尔丹（J. B. S. Haldane）的学说进行检验，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-尤列实验是关于生命起源的经典实验之一，由芝加哥大学的史坦利·米勒与哈罗德·尤列于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]。

实验方式与结果

如图所示，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着半满的液态水，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旋与右旋之光学异构物，为外消旋混合物。

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-尤列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导的要多。[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种胺基酸，5种胺，以及很多羟基化的化合物。[5]氧硫化碳可以帮助这些胺基酸缩合形成多肽。这些进一步的研究为化学演化的假说提供了更加强有力的证据，使生命起源的问题再次回归焦点。[6]

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 胺基酸

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 H ? COOH 2330 1 2330

甘胺酸* H2N ? CH2 ? COOH 630 2 1260

甘醇酸 HO ? CH2 ? COOH 560 2 1120

丙胺酸* H3C ? CH(NH2) ? COOH 340 3 1020

乳酸 H3C ? CH(OH) ? COOH 310 3 930

β-丙胺酸 H2N ? CH2 ? CH2 ? COOH 150 3 450

乙酸 H3C ? COOH 150 2 300

丙酸 H3C ? CH2 ? COOH 130 3 390

亚氨基二乙酸 HOOC ? CH2 ? NH ? CH2 ? COOH 55 4 220

肌氨酸 H3C ? NH ? CH2 ? COOH 50 3 150

α-氨基-n-酪酸 H3C ? CH2 ? CH(NH2) ? COOH 50 4 200

α-羟基-n-酪酸 H3C ? CH2 ? CH(OH) ? COOH 50 4 200

琥珀酸 HOOC ? CH2 ? CH2 ? COOH 40 4 160

尿素 H2N ? CO ? NH2 20 1 20

N-甲基尿酸 H2N ? CO ? NH ? CH3 15 2 30

3-氮杂己二酸 HOOC ? CH2 ? NH ? CH2 ? CH2 ? COOH 15 5 75

N-甲基丙胺酸 H3C ? CH(NH ? CH3) ? COOH 10 4 40

谷胺酸* HOOC ? CH2 ? CH2 ? CH(NH2) ? COOH 6 5 30

天冬胺酸* HOOC ? CH2 ? CH(NH2) ? COOH 4 4 16

α-氨基异酪酸 H3C ? C(CH3)(NH2) ? COOH 1 4 4

总计 4916 8944

（*20种氨基酸合成蛋白质)

意义

氨基酸是组成蛋白质的成分，而蛋白质是生命体不可缺少的有机物；甲醛分子则可以结合生成组成RNA的一种核糖，而RNA是生命体中决定蛋白质性质的物质；氰化氢也可以进一步结合成腺嘌呤(这已为60年代初奥罗的实验所证明)，而腺嘌呤是生命体中遗传物质DNA的组成成分。由此可见，这个实验说明，生命确实可以在原始汤中通过简单的化学反应产生。

参考文献

1^ Miller S. L. (1953). "Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions". Science 117: 528. doi:10.1126/science.117.3046.528.

2^ Miller S. L., and Urey, H. C (1959). "Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth". Science 130: 245. doi:10.1126/science.130.3370.245.

3^ A. Lazcano, J. L. Bada (2004). "The 1953 Stanley L. Miller Experiment: Fifty Years of Prebiotic Organic Chemistry". Origins of Life and Evolution of Biospheres 33: 235-242. doi:10.1023/A:1024807125069.

4^ Johnson AP, Cleaves HJ, Dworkin JP, Glavin DP, Lazcano A, Bada JL (2008). "The Miller Volcanic Spark Discharge Experiment". Science 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. Retrieved on 2008-10-17.

6^ 〈'Lost' Miller-Urey Experiment Created More Of Life's Building Blocks〉，Science Daily，2008年10月17日．于2008年10月18日查阅．

7^ Richard E. Dickerson: Chemische Evlution und der Ursprung des Lebens, in Spektrum der Wissenschaft, 1979, Heft 9, S. 193