스탠리 밀러

3. 밀러-유리 실험

1953년 해럴드 유리의 대학원생이었던 스탠리 밀러는 유레이-밀러 실험을 통해 원시 지구 환경에서 아미노산과 같은 유기물이 생성될 수 있음을 보여주었다.^[8] 이는 생물학 역사에서 최초로 '생명의 기원'에 관한 실험적 증명으로 기록되었다.^[9]

밀러의 실험은 1953년 5월 15일자 ''사이언스''에 게재되었으며,^[8] 이는 생명 기원에 관한 과학적 아이디어를 경험론적 탐구로 바꾸어 놓았다.^[9]

밀러는 자신의 결과를 유레이에게 보여주었고, 유레이는 즉시 출판을 제안했다. 유레이는 밀러가 공로를 인정받지 못할까 봐 공동 저자가 되기를 거부했다. 밀러가 단독 저자인 원고는 1953년 2월 10일 ''사이언스''에 투고되었다. 몇 주를 기다린 후 유레이는 문의했고, 2월 27일 편집 위원장에게 원고의 심사 지연에 대해 편지를 썼다. 한 달이 지났지만, 여전히 결정은 내려지지 않았다. 3월 10일, 격분한 유레이는 원고 반환을 요구했고, 3월 13일 직접 ''미국 화학회지''에 투고했다. 그러자 ''사이언스'' 편집자는 유레이의 암시에 짜증이 났는지 밀러에게 직접 편지를 써서 원고를 출판할 것이라고 했다. 밀러는 이후 ''미국 화학회지''에서 원고를 철회했다.^[12]

밀러는 2007년 사망할 때까지 연구를 계속했다. 지구 초기의 대기에 대한 지식이 발전하고, 화학 분석 기술이 향상됨에 따라 그는 세부 사항과 방법을 계속 개선했다. 그는 더 많은 종류의 아미노산을 합성하는 데 성공했을 뿐만 아니라 세포 구성과 신진대사에 필수적인 다양한 무기 및 유기 화합물을 생성했다.^[13]

3. 1. 실험 배경 및 가설

3. 2. 실험 장치 및 방법

3. 3. 실험 결과

밀러는 위의 실험을 거쳐 원시 지구의 대기 성분이 전기 방전의 에너지에 의해 화학반응을 거쳐 간단한 유기물로 형성된다는 것을 발표하였다. 생성된 분자들은 완전히 살아있는 생화학적 시스템을 이루기에는 상대적으로 모자란 단순한 유기물질이었다. 하지만, 밀러의 실험은 생명체가 없는 상태에서 자연적인 과정만으로 생명체를 이루는 기본 요소들이 생성될 수 있다는 사실을 확립시켰다.^[10][11]

1972년, 밀러와 그의 동료들은 1953년 실험을 반복했는데, 이때 이온 교환 크로마토그래피와 가스 크로마토그래피-질량 분석법과 같은 새롭게 개발된 자동 화학 분석기를 사용했다. 그들은 유기체에서 자연적으로 발생하는 것으로 알려진 10개의 아미노산을 포함하여 33개의 아미노산을 합성했다. 여기에는 1969년 호주에 떨어진 머치슨 운석에서 발견된 모든 주요 알파-아미노산이 포함되었다.^[20]

밀러가 사망하기 직전, 말라붙은 잔여물이 담긴 여러 상자가 그의 실험실 자료에서 발견되었다. 메모에는 일부가 1952-1954년의 초기 실험에서 나온 것이며, 세 가지 다른 장치를 사용하여 생산되었고, 1958년의 실험에서는 처음으로 기체 혼합물에 황화 수소(H₂S)가 포함되었으며, 이 결과는 한 번도 발표된 적이 없다는 내용이 적혀 있었다. 2008년, 그의 제자들은 고성능 액체 크로마토그래피와 액체 크로마토그래피–비행 시간 질량 분석법과 같은 더 민감한 기술을 사용하여 1952년 샘플을 재분석했다. 그 결과 22개의 아미노산과 5개의 아민이 합성되었으며, 이는 원래 밀러 실험에서 1953년에 실제로 보고된 것보다 훨씬 더 많은 화합물이 생성되었음을 보여주었다.^[22] 보고되지 않은 1958년 샘플은 2011년에 분석되었으며, 여기에서 7개의 유황 화합물을 포함한 23개의 아미노산과 4개의 아민이 검출되었다.^{[1][23][24][25]}

3. 4. 실험의 의의 및 한계

밀러는 위의 실험을 통해 원시 지구의 대기 성분이 전기 방전의 에너지에 의해 화학반응을 거쳐 간단한 유기물로 형성된다는 것을 발표하였다. 생성된 분자들은 완전히 살아있는 생화학적 시스템을 이루기에는 상대적으로 단순한 유기물질이었다. 하지만, 밀러의 실험은 생명체가 없는 상태에서 자연적인 과정만으로 생명체를 이루는 기본 요소들이 생성될 수 있다는 사실을 확립했다는 의의를 가진다.

1953년 5월 15일자 ''사이언스''에 게재된 밀러의 논문은,^[8] 생명 기원에 관한 과학적 아이디어를 경험론적 탐구로 바꾸어 놓았다.^[9] 그의 연구는 알렉산더 오파린과 J.B.S. 홀데인의 "원시 수프" 이론에 대한 첫 번째 결정적인 실험적 증거를 제시한 고전적인 교과서적 정의가 되었다. 유레이-밀러 실험에서 유레이와 밀러는 수증기의 연속적인 흐름을 메탄 (CH₄), 암모니아 (NH₃), 수소 (H₂)의 혼합물에 주입하여 원시 지구의 해양-대기 조건을 시뮬레이션했다. 그런 다음 기체 혼합물을 전기 방전에 노출시켜 화학 반응을 유도했다. 일주일간의 반응 후, 밀러는 종이 크로마토그래피를 사용하여 글리신, α- 및 β-알라닌과 같은 아미노산의 형성을 감지했다. 그는 아스파르트산과 감마 아미노부티르산도 감지했지만 확신하지는 못했다. 아미노산은 세포 생명의 기본적 구조적, 기능적 구성 요소이므로 이 실험은 지구상 생명 기원에 대한 자연적 유기 합성의 가능성을 보여주었다.^[10][11]

밀러는 2007년 사망할 때까지 연구를 계속하며, 지구 초기의 대기에 대한 지식과 화학 분석 기술의 발전에 따라 실험 방법과 세부 사항을 개선했다. 그는 더 많은 종류의 아미노산을 합성했을 뿐만 아니라 세포 구성과 신진대사에 필수적인 다양한 무기 및 유기 화합물을 생성했다.^[13] 많은 독립적인 연구자들도 다양한 화학 합성을 확인하여 이를 뒷받침했다.^{[14][15][16][17]} 최근 연구에 따르면 초기 대기는 밀러의 원래 가설처럼 강한 환원 조건이 아니라, 다른 기체를 다른 비율로 포함하는 상당히 중성적인 상태였을 가능성이 제기되었다.^[18] 2008년에 사후 출판된 밀러의 마지막 연구에서도 이러한 조건을 사용하여 다양한 유기 화합물을 합성하는 데 성공했다.^[19]

4. 머치슨 운석과 생명의 기원 연구

1969년 호주 빅토리아주 머치슨에 떨어진 100kg짜리 대형 운석은 1953년 밀러의 실험을 다시 부각시켰다. '머치슨 운석'이라고 불리는 이 탄소질 콘드라이트는 지구에는 존재하지 않는 암석으로, 이 운석에서 처음으로 외계 기원의 유기물질이 발견되었다. 유기물질에 포함된 유기분자의 조성을 분석하자 다양한 아미노산이 발견되었고, 조성과 함량 비율이 밀러의 실험 결과와 상당히 비슷했다.

2008년 6월에는 머치슨 운석에서 DNA와 RNA 형성에 중요한 유전적 성분인 우라실과 산틴이 발견되었다. 이 두 가지 물질은 핵산 형성에 중요한 전구물질이다. 핵산은 여러 세대에 걸쳐 유전정보를 저장하거나 전달하는 기능을 한다. 50년 전만 해도 생명의 기원 물질로 주목받은 것은 단백질의 구성 성분인 아미노산이었다. 그러나 현대 생물학자들이 관심을 가지는 것은 유전정보를 담고 있는 핵산, 즉 DNA와 RNA이다. 즉, 머치슨 운석에서 발견된 우라실과 산틴은 생명의 기원에 관해 중요한 단서가 될 수 있다.^[34][35]

5. 업적 및 평가

밀러는 생명의 기원에 관한 연구로 기억되며, 외계 생물학 분야의 선구자로 여겨졌다. 또한 그는 클라스레이트 수화물의 자연 발생과 마취의 일반적인 작용 기작에 대해서도 연구했다. 1973년 미국 국립 과학 아카데미 회원으로 선출되었고, 같은 해 스페인 고등 과학 연구 위원회의 명예 고문으로 위촉되었다. 1983년 국제 생명 기원 연구 학회로부터 오파린 메달을 받았으며, 1986년부터 1989년까지 이 학회의 회장을 역임했다.^[10]

그는 생전에 여러 번 노벨상 후보로 지명되었다.^[26]

2008년 국제 생명 기원 연구 학회는 37세 미만의 과학자를 위한 '스탠리 L. 밀러 상'을 제정했다.^[27]

6. 관련된 인물

스탠리 밀러는 해럴드 유리를 지도 교수로 모시며 생명의 기원에 대한 연구를 함께 진행했고, 제자이자 동료인 제프리 L. 바다는 밀러의 연구를 더욱 발전시켰다. 또한 옥스퍼드 대학교 출신 화학자 레슬리 오르겔과 솔크 연구소에서 화학진화 연구를 함께 수행했다.

6. 1. 해럴드 유리

6. 2. 제프리 베다

6. 3. 레슬리 오르겔

참조

_[1] 논문 New insights into prebiotic chemistry from Stanley Miller's spark discharge experiments
_[2] 서적 Stanley L. Miller (1930-2007): A Biographical Memoir http://www.nasonline[...] National Academy of Sciences (USA)
_[3] 논문 Stanley L. Miller (1930-2007): reflections and remembrances
_[4] 웹사이트 Biography 26: Stanley Lloyd Miller (1930 - ) :: CSHL DNA Learning Center https://dnalc.cshl.e[...] 2024-01-14
_[5] 웹사이트 Biography 26: Stanley Lloyd Miller (1930 - ) :: CSHL DNA Learning Center https://dnalc.cshl.e[...] 2024-01-14
_[6] 웹사이트 Stanley Lloyd Miller, Ph.D. https://academictree[...] The Academic Family Tree 2018-10-13
_[7] 웹사이트 Biography 26: Stanley Lloyd Miller (1930 - ) :: CSHL DNA Learning Center https://dnalc.cshl.e[...] 2024-01-14
_[8] 논문 Production of amino acids under possible primitive earth conditions
_[9] 논문 Miller revealed new ways to study the origins of life
_[10] 뉴스 Father of 'Origin of Life' Chemistry at UC San Diego Dies http://ucsdnews.ucsd[...] University of California, San Diego 2013-07-03
_[11] 논문 The 1953 Stanley L. Miller experiment: fifty years of prebiotic organic chemistry
_[12] 논문 Perceptions of science. Prebiotic soup – revisiting the Miller experiment
_[13] 논문 Current status of the prebiotic synthesis of small molecules
_[14] 논문 Synthesis of amino-acids from water, hydrogen, methane and ammonia
_[15] 논문 Chemical evolution and the origin of life.
_[16] 논문 Prebiotic syntheses of purines and pyrimidines
_[17] 논문 Chemical evolution from simple inorganic compounds to chiral peptides
_[18] 논문 Earth's earliest atmospheres
_[19] 논문 A reassessment of prebiotic organic synthesis in neutral planetary atmospheres
_[20] 논문 Prebiotic synthesis of hydrophobic and protein amino acids
_[21] 논문 Nonprotein amino acids from spark discharges and their comparison with the murchison meteorite amino acids
_[22] 논문 The Miller volcanic spark discharge experiment
_[23] 논문 Primordial synthesis of amines and amino acids in a 1958 Miller H₂S-rich spark discharge experiment
_[24] 뉴스 Forgotten Experiment May Explain Origins of Life https://www.wired.co[...] 2008-10-16
_[25] 뉴스 Volcanoes May Have Provided Sparks and Chemistry for First Life http://www.nasa.gov/[...] 2008-10-16
_[26] 웹사이트 Stanley L. Miller dies http://www.the-scien[...] 2013-07-03
_[27] 웹사이트 Stanley L. Miller Award http://astrobiology2[...] NASA 2013-07-03
_[28] 웹사이트 http://www.nytimes.c[...]
_[29] 웹인용 미국과학진흥회 [美國科學振興會, American Association for the Advancement of Science] http://100.naver.com[...] 2011-11-26
_[30] 웹사이트 http://www.nasonline[...]
_[31] 웹인용 알렉산드로 오파린 [1894.3.2~1980.4.21] http://100.naver.com[...] 2011-11-26
_[32] 서적
_[33] 웹인용 A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions http://www.abenteuer[...] 2011-11-26
_[34] 웹사이트 http://www.scienceti[...]
_[35] 간행물 과학동아 2011년 11월호 동아사이언스
_[36] 서적 과학동아 2011년 11월 호 동아사이언스
_[37] 웹사이트 null # 제목 정보 없음. http://www.karc.or.k[...]
_[38] 웹사이트 생명의 기원 소개 http://chosun.ac.kr/[...]
_[39] 웹사이트 null # 제목 정보 없음. http://100.naver.com[...]
_[40] 웹인용 보관된 사본 https://web.archive.[...] 2011-11-26