Эксперимент Миллера — Юри представляет собой модельный эксперимент, воспроизводящий воздействие грозовых разрядов в восстановительной атмосфере первозданной Земли с целью синтеза органических веществ (в особенности аминокислот) и подтверждения теории химической эволюции как пути зарождения жизни.
Предпосылки:
(1) Газовые гиганты, удалённые от Солнца и, вероятно, мало изменившиеся за историю Солнечной системы (такие как Юпитер и Сатурн), обладают восстановительной атмосферой, лишённой свободного кислорода (О₂); её основные компоненты — водород (H₂), гелий (He), метан (CH₄) и аммиак (NH₃). Исходя из этого, атмосферу первозданной Земли можно рассматривать как подобную восстановительную среду.
(2) Согласно измерениям, основными источниками энергии, воздействующими на земную атмосферу, являются ультрафиолетовое излучение Солнца, молнии и космические лучи. Космические лучи недостаточны для синтеза органических веществ; восстановительные газы поглощают лишь коротковолновый ультрафиолет, а он (длина волны < 1500 ангстрем) составляет лишь ничтожную долю всего ультрафиолетового излучения Солнца, то есть пригодной для органического синтеза энергии крайне мало. В то же время грозовые разряды происходят достаточно часто, предоставляя значительный запас энергии для органического синтеза; при этом они высвобождаются вблизи поверхности океана, так что продукты синтеза в восстановительной атмосфере первозданной Земли легко растворяются в первозданном океане.
Основываясь на этих соображениях, Миллер провёл в лаборатории эксперимент по воспроизведению грозовых разрядов в восстановительной атмосфере первозданной Земли, чтобы проверить, возможен ли синтез органических веществ — в частности аминокислот, рибозы, пиримидинов, пуринов и других биологически значимых молекул, из которых состоят белки и нуклеиновые кислоты.
Результаты эксперимента
В ходе эксперимента было получено 20 органических веществ (см. таблицу 1). Среди 11 аминокислот четыре (глицин, аланин, аспарагиновая кислота и глутаминовая кислота) входят в состав белков живых организмов.
Впоследствии Миллер пришёл к выводу, что более справедливой является модель атмосферы первозданной Земли в виде смеси CH₄, N₂ и следовых количеств NH₃ и H₂O, поскольку аммиак не может длительно существовать в атмосфере в больших концентрациях — он растворяется в морской воде.
В 1972 году он и его сотрудники провели искровой разряд в указанной смеси газов и получили 35 органических веществ, в том числе 10 аминокислот, входящих в состав белков: глицин (440 микромоль, далее — в тех же единицах), аланин (790), валин (19,5), лейцин (11,3), изолейцин (4,8), пролин (1,5), аспарагиновая кислота (34), глутаминовая кислота (7,7), серин (5,0) и треонин (≈ 0,8).
Если перед анализом провести гидролиз, дополнительно образуются аспарагин и глутамин. При добавлении H₂S можно получить метионин. При фотолизе смеси CH₄, NH₃, H₂O и H₂S обнаруживается цистеин. Пиролиз метана и других углеводородов при высокой температуре даёт фенилаланин, тирозин и триптофан. На сегодняшний день с помощью эксперимента Миллера и аналогичных исследований удалось синтезировать 17 из 20 природных аминокислот; остальные три (лизин, аргинистин и гистидин), по всей видимости, также удастся получить после усовершенствования методики.
Таким образом, данный эксперимент доказывает, что синтез малых органических молекул из неорганических веществ совершенно реален.