15 મે, 1953 ના રોજ, માત્ર 23 વર્ષના યુવાન રસાયણશાસ્ત્રી, સ્ટેનલી એલ. મિલર, જર્નલ સાયન્સમાં જીવવિજ્ઞાનમાં ક્રાંતિ લાવનારા પ્રયોગના પરિણામો પ્રકાશિત કરે છે. આ અગ્રેસર કાર્યએ આજે આપણે જેને પ્રીબાયોટિક રસાયણશાસ્ત્ર તરીકે જાણીએ છીએ તેની શરૂઆત તરીકે ચિહ્નિત કર્યું અને પૃથ્વી પર જીવન કેવી રીતે ઉદ્ભવ્યું હશે તે અંગેના પ્રથમ સંકેતો આપ્યા. મિલરનો પ્રયોગ વિજ્ઞાનની દુનિયામાં વ્યાપકપણે જાણીતો છે અને તે પછીના અસંખ્ય અભ્યાસોનો વિષય રહ્યો છે જેણે તેને જીવનની ઉત્પત્તિના સંશોધનમાં સીમાચિહ્નરૂપ તરીકે પુષ્ટિ આપી છે.
આ લેખ દ્વારા, અમે મિલર પ્રયોગ, પ્રારંભિક પૃથ્વીનો સંદર્ભ, ઉભી થયેલી પૂર્વધારણાઓ અને વિજ્ઞાનના ક્ષેત્ર પર તેની અસર વિશે ઊંડાણપૂર્વક અન્વેષણ કરીશું.
આદિમ પૃથ્વી
સ્ટેન્લી મિલર જ્યારે તેમની ડોક્ટરલ થીસીસ શરૂ કરવા શિકાગો યુનિવર્સિટીમાં ગયા ત્યારે તેઓ રસાયણશાસ્ત્રની ડિગ્રી સાથે સ્નાતક થયા હતા. આ તેમની કારકિર્દીની મુખ્ય ક્ષણ હતી, કારણ કે થોડા સમય પછી, તેઓ પ્રખ્યાત નોબેલ પારિતોષિક વિજેતા હેરોલ્ડ સી. યુરેને મળ્યા, જેમણે પૃથ્વીની ઉત્પત્તિ અને પ્રારંભિક વાતાવરણ પર એક પરિસંવાદ આપ્યો. મિલર આ વિષયથી એટલો પ્રભાવિત થયો કે તેણે તેની થીસીસ બદલવાનું નક્કી કર્યું અને આ વિચારો પર આધારિત પ્રયોગનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. બદલામાં, રશિયન બાયોકેમિસ્ટ એલેક્ઝાન્ડર આઇ. ઓપારિને "જીવનની ઉત્પત્તિ" નામનું પુસ્તક પ્રકાશિત કર્યું હતું, જેમાં તેમણે સમજાવ્યું હતું કે કેવી રીતે સ્વયંસ્ફુરિત રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ લાખો વર્ષોના સમયના ધોરણે જીવનના પ્રથમ સ્વરૂપો પેદા કરી શકે છે.
4.000 અબજ વર્ષ પહેલાં, પ્રારંભિક પૃથ્વી આજે આપણે જે જાણીએ છીએ તેનાથી ઘણી દૂર હતી. Oparin અને Haldane ની પૂર્વધારણાઓ અનુસાર, વાતાવરણમાં લગભગ કોઈ ઓક્સિજન નથી અને તે મોટે ભાગે મિથેન (CH₄), એમોનિયા (NH₃), હાઈડ્રોજન (H₂) અને પાણીની વરાળ (H₂O) જેવા વાયુઓથી બનેલું હતું. આ પ્રતિકૂળ વાતાવરણમાં, અકાર્બનિક અણુઓ પ્રતિક્રિયા આપી શકે છે, જે પ્રથમ કાર્બનિક અણુઓને જન્મ આપે છે. આ, બદલામાં, ધીમે ધીમે વધુ જટિલ સજીવોમાં વિકસિત થયા હશે. પૃથ્વીની સપાટી આદિમ મહાસાગરોમાં ડૂબી ગઈ હતી, જ્યાં રાસાયણિક સંયોજનોનો "પ્રીબાયોટિક સૂપ" સતત પ્રતિક્રિયા આપતો હતો. ઓઝોન સ્તરની ગેરહાજરીમાં વિદ્યુત તોફાનો, જ્વાળામુખી વિસ્ફોટ અને અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોત્સર્ગ, આ પ્રતિક્રિયાઓ થવા માટે જરૂરી ઊર્જા પૂરી પાડે છે.
આ અત્યંત અશાંત વાતાવરણ સરળ અણુઓ માટે વધુ જટિલ સંયોજનોને માર્ગ આપવા માટે નિર્ણાયક હતું, જેમ કે એમિનો એસિડ જે પ્રોટીન બનાવે છે, જીવન માટે જરૂરી છે, જેમ કે આપણે જાણીએ છીએ.
મિલરના પ્રયોગમાંથી સંકેતો
મિલરનું કાર્ય એ પૂર્વધારણા પર આધારિત હતું કે પૃથ્વીના પ્રારંભિક વાતાવરણમાં ઘટાડો થઈ રહ્યો છે, એટલે કે, ઓક્સિજન ખૂબ ઓછો પરંતુ મિથેન, હાઈડ્રોજન અને એમોનિયા જેવા વાયુઓથી સમૃદ્ધ છે. આ સિદ્ધાંતને ખગોળશાસ્ત્રીય અભ્યાસો દ્વારા સમર્થન આપવામાં આવ્યું હતું જે દર્શાવે છે કે સૌરમંડળના અન્ય વાતાવરણમાં સમાન રચનાઓ છે. ગુરુ અને શનિ જેવા ગ્રહો આ વાયુઓથી સમૃદ્ધ વાતાવરણ ધરાવે છે. આ આદિમ વિશ્વમાં, તોફાનો અને તીવ્ર સૌર કિરણોત્સર્ગની ઊર્જા સતત રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનું કારણ બને છે. મિલરે પ્રયોગશાળામાં આ પરિસ્થિતિઓનું અનુકરણ કરતા પ્રયોગની રચના કરીને આ વિચારોને એક પગલું આગળ લઈ જવાનું નક્કી કર્યું.
ઓક્સિજનની ગેરહાજરી તરફ તેમનું ધ્યાન ફેરવીને, મિલરે એક ઉપકરણની રચના કરી જે એનારોબિક અને જંતુરહિત પરિસ્થિતિઓને જાળવવાની મંજૂરી આપે છે, તે સુનિશ્ચિત કરવા માટે કે કોઈપણ પરિણામો જીવંત જીવોના હસ્તક્ષેપ વિના, ફક્ત રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને કારણે છે. આ તેમના પ્રખ્યાત પ્રયોગનો આધાર હતો.
મિલરના ઊંડાણમાં પ્રયોગ
મિલરે પ્રયોગશાળામાં પ્રારંભિક પૃથ્વીની પરિસ્થિતિઓને ફરીથી બનાવીને ઓપરિનની પૂર્વધારણાનું પરીક્ષણ કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. તેમણે મિથેન, એમોનિયા, હાઇડ્રોજન અને પાણીની વરાળ જેવા વાયુઓને મિશ્રિત કર્યા, જે આદિમ વાતાવરણના મુખ્ય ઘટકોને સીલબંધ ઉપકરણમાં રજૂ કરે છે. ઇલેક્ટ્રિકલ ડિસ્ચાર્જ એ તીવ્ર તોફાનમાંથી વીજળીનું અનુકરણ કર્યું જે તે સમયે સામાન્ય હતું. મિલરના પ્રયોગમાં કાચના ઉપકરણનો સમાવેશ થતો હતો જ્યાં પાણીનું બાષ્પીભવન થાય ત્યાં સુધી તેને સતત ગરમ કરવામાં આવે છે, જેમાં વરાળ ગેસના મિશ્રણમાંથી પસાર થાય છે. કન્ડેન્સરમાં ઠંડું થવા પર, વરાળ અને વાયુઓ ફરીથી મિશ્રિત થાય છે, સતત ચક્ર પૂર્ણ કરે છે. આ ચાવીરૂપ હતું, કારણ કે તે પૃથ્વીના પ્રારંભિક વાતાવરણમાં જળ ચક્રનું અનુકરણ કરે છે.
એક અઠવાડિયાના સતત ઓપરેશન પછી, મિલરે જોયું કે તેના ઉપકરણમાં રહેલું પ્રવાહી ઘેરા બદામી રંગનું થઈ ગયું છે. તેનું પૃથ્થકરણ કરતી વખતે, તેણે શોધ્યું કે એમિનો એસિડ, જીવન માટે જરૂરી કાર્બનિક સંયોજનો ઉત્પન્ન થયા હતા. આમાં ગ્લાયસીન, એલાનિન અને એસ્પાર્ટિક એસિડ હતા, જે સેલ્યુલર માળખું અને કાર્યો માટે જરૂરી છે. પૃથ્વી પર જીવન કેવી રીતે બની શકે છે તે સમજવાની દિશામાં આ પહેલું નક્કર પગલું હતું. મિલરના પ્રયોગે દર્શાવ્યું હતું કે, યોગ્ય પરિસ્થિતિઓમાં, કાર્બનિક પરમાણુઓ સરળ અકાર્બનિક સંયોજનોમાંથી સ્વયંભૂ રચના કરી શકે છે.
અવકાશમાંથી કાર્બનિક અણુઓ
જો કે, વર્ષો પછી, સંશોધન નિષ્કર્ષ પર આવ્યું કે પૃથ્વીનું પ્રારંભિક વાતાવરણ શરૂઆતમાં ધાર્યું હતું તેટલું ઘટતું ન હોઈ શકે, અને તેમાં અગાઉના વિચાર કરતાં વધુ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO₂) અને નાઈટ્રોજન (N₂) હોઈ શકે છે. યુરે અને મિલરે પ્રસ્તાવિત કર્યા મુજબ આનાથી જીવનની રચનાની શક્યતા જટિલ બની ગઈ. 1969 માં, મર્ચિસન નામની ઉલ્કાઓ, જે લગભગ 4.600 અબજ વર્ષો પહેલા રચાઈ હતી, ઓસ્ટ્રેલિયામાં પડી હતી.
જ્યારે વૈજ્ઞાનિકોએ ઉલ્કાનું પૃથ્થકરણ કર્યું, ત્યારે તેમને તેમાં એમિનો એસિડ સહિત વિવિધ પ્રકારના કાર્બનિક અણુઓ મળ્યા, જે મિલર દ્વારા તેની પ્રયોગશાળામાં મેળવેલા અણુઓ જેવા જ હતા. તેથી, આ નવા પુરાવા સૂચવે છે કે, જો પૃથ્વી પરની પરિસ્થિતિઓ જીવનની રચના માટે સંપૂર્ણપણે યોગ્ય ન હોય, તો જરૂરી પરમાણુઓ ઉલ્કાઓ અને ધૂમકેતુઓ દ્વારા આવી શક્યા હોત, જેણે "પ્રીબાયોટિક સૂપ" ને સમૃદ્ધ બનાવ્યું હોત. આ શોધે પાનસ્પર્મિયાના સિદ્ધાંતને ટેકો આપ્યો, જે સૂચવે છે કે જીવન માટે જરૂરી ઘટકો બાહ્ય અવકાશમાંથી પૃથ્વી પર આવ્યા હોઈ શકે છે, જેના કારણે સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં જીવન અથવા ઓછામાં ઓછા તેના બિલ્ડીંગ બ્લોક્સ સામાન્ય હોઈ શકે છે.
પ્રયોગની અસર અને સાતત્ય
મિલરનો પ્રયોગ ક્રાંતિકારી હોવા છતાં સમય જતાં તેની ટીકા થવા લાગી. જેમ જેમ શરૂઆતના વાતાવરણના મોડલ્સમાં સુધારો થતો ગયો તેમ, એવું તારણ કાઢવામાં આવ્યું કે તે મિલર અને યુરેની કલ્પના કરતાં ઓછું ઘટતું હશે. જો કે, તાજેતરના પ્રયોગોએ એ દર્શાવવાનું ચાલુ રાખ્યું છે કે, ઓછા ઘટતા વાતાવરણમાં પણ, કાર્બનિક અણુઓનું સંશ્લેષણ શક્ય છે. આનાથી પ્રીબાયોટિક રસાયણશાસ્ત્રના ક્ષેત્રમાં નવા વિકાસ થયા.
તાજેતરમાં, એવું જાણવા મળ્યું છે કે અમુક ખનિજો, જેમ કે બોરોસિલિકેટ કાચ, આ અણુઓના સંશ્લેષણમાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવી શકે છે. મિલર જેવા પ્રયોગોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા કાચના રિએક્ટરોએ આ કાર્બનિક સંયોજનોની રચનાની તરફેણ કરી હોવાનું જણાય છે. વર્તમાન સંશોધન એ શોધે છે કે કેવી રીતે પ્રારંભિક પૃથ્વી પર હાજર આ સામગ્રીઓ, સક્રિય જ્વાળામુખી દ્વારા છોડવામાં આવતા વાયુઓ સાથે, જીવનના ઉદભવને શક્તિ આપી શકે છે.
આજે, એસ્ટ્રોબાયોલોજી અને પ્રીબાયોટિક રસાયણશાસ્ત્રની પ્રગતિ માટે આભાર, અમે સમજીએ છીએ કે જીવનનો પરમાણુ આધાર કુદરતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓનું પરિણામ છે જે, યોગ્ય ઉર્જા સાથે, પૃથ્વી પર અને બ્રહ્માંડમાં ગમે ત્યાં થઈ શકે છે. તે વિચારવું રસપ્રદ છે કે, પાર્થિવ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા અથવા અવકાશમાંથી સામગ્રીની મદદથી, જીવનની રચના કરનારા પરમાણુઓ સરળ અને સ્વયંસ્ફુરિત પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ઉદ્દભવ્યા છે, જેમ કે સ્ટેનલી મિલર દ્વારા 70 વર્ષ કરતાં વધુ પહેલાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. આ પ્રયોગ જીવનની ઉત્પત્તિના અભ્યાસમાં પાયાનો પથ્થર છે અને વૈજ્ઞાનિકોની નવી પેઢીઓને સૌથી મૂળભૂત પ્રશ્નોમાંના એકના જવાબો મેળવવા માટે પ્રેરણા આપવાનું ચાલુ રાખે છે: જીવનની શરૂઆત કેવી રીતે થઈ?