米勒-尤里实验

實驗圖解。右下燒瓶模擬海洋環境，左上燒瓶則模擬閃電。

在實驗中，研究者將水（H₂O）、甲烷（CH₄）、氨（NH₃）、氫氣（H₂）與一氧化碳（CO）密封於無菌狀態下的玻璃管於燒瓶內，並將其連結形成一個迴路。裝置中的一個燒瓶裝著半滿的液態水，另一個則含有一對電極。首先將液態水加熱促使其蒸發，進而產生水蒸氣；而另一燒瓶的電極通電後會產生火花，以模擬閃電。水蒸氣經過電極之後，又再度凝結並重回原先裝水的燒瓶中，使實驗得以循環進行。

於實驗開始一週後的觀察中發現，約有10%到15%的碳以有機化合物的形式存在。其中2%屬於胺基酸，以甘胺酸最多。而糖類、脂質與一些其他可構成核酸的原料也在實驗中形成；核酸本身，如DNA或RNA則未出現。在實驗中產生的各種化合物皆同時有左式與右式之鏡像異構物。（注：一般報導將「左式 L-form」「右式 D-form」誤译為「左旋」「右旋」，事實上幾乎所有生物化學的教材均說明生物胺基酸為「左式 L-form」，但卻大多為「右旋光性」）

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-尤里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道的要多。[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种氨基酸，5种胺，以及很多羟基化的化合物。[5]羰基硫可以帮助这些氨基酸缩合形成多肽。这些进一步的研究为化学演化的假说提供了证据，使生命起源的问题再次回归焦点。[6]

米勒实验证明：由无机物合成小分子有机物是完全有可能的。

實驗中首先形成醛（R-CHO）與氰化氫（HCN），而兩者可作為接下來化學反應的原料，經由下列等通式生成其他化合物：

由初始的59000微莫耳（μmol）的甲烷（CH₄）所形成的含碳產物[7]：

產物	化學式	化合物莫耳數 (μmol)	每一分子的碳原子數	碳原子莫耳數 (μmol)
甲酸	${\displaystyle H-COOH}$	2330	1	2330
甘氨酸*	${\displaystyle H_{2}N-CH_{2}-COOH}$	630	2	1260
乙醇酸	${\displaystyle HO-CH_{2}-COOH}$	560	2	1120
丙氨酸*	${\displaystyle H_{3}C-CH(NH_{2})-COOH}$	340	3	1020
乳酸	${\displaystyle H_{3}C-CH(OH)-COOH}$	310	3	930
β-丙氨酸	${\displaystyle H_{2}N-CH_{2}-CH_{2}-COOH}$	150	3	450
乙酸	${\displaystyle H_{3}C-COOH}$	150	2	300
丙酸	${\displaystyle H_{3}C-CH_{2}-COOH}$	130	3	390
亞氨基二乙酸	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-NH-CH_{2}-COOH}$	55	4	220
肌氨酸	${\displaystyle H_{3}C-NH-CH_{2}-COOH}$	50	3	150
α-氨基丁酸	${\displaystyle H_{3}C-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOH}$	50	4	200
α-羥基丁酸	${\displaystyle H_{3}C-CH_{2}-CH(OH)-COOH}$	50	4	200
琥珀酸	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-CH_{2}-COOH}$	40	4	160
尿素	${\displaystyle H_{2}N-CO-NH_{2}}$	20	1	20
N-甲基尿素	${\displaystyle H_{2}N-CO-NH-CH_{3}}$	15	2	30
3-氮雜己二酸	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-NH-CH_{2}-CH_{2}-COOH}$	15	5	75
N-甲基丙氨酸	${\displaystyle H_{3}C-CH(NH-CH_{3})-COOH}$	10	4	40
穀氨酸*	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOH}$	6	5	30
天冬氨酸*	${\displaystyle HOOC-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOH}$	4	4	16
α-氨基異丁酸	${\displaystyle H_{3}C-C(CH_{3})(NH_{2})-COOH}$	1	4	4
	總計	4916		8944

（*合成蛋白質的胺基酸)

很多人使用斯坦利·米勒在1953年进行的实验作为证据，证明生命在最初可能是自然发生的。可是，他的解释能否成立，却基于一个假设，就是地球的原始大气是“还原性”，而非“氧化性”的。那就是说，当时的大气仅含有极微量的自由（未经化学结合的）氧。这一点是一个十分重要的前提。

查尔斯·撒克斯顿《生命起源的奥秘：再评目前各家理论》[8]一书指出，如果当时有许多自由氧存在，“氨基酸就不可能形成；即使有些氨基酸碰巧产生了，它们也会迅速分解”[註 1]。米勒完成了他的实验后，过了两年，发表了一篇经典的论文，其中指出：“当然，这些见解只是推测，因为我们根本不知道地球当初形成时，大气是否处于还原状态。……目前还没有直接的证据证实这一点。”[9]

大约二十五年后，科学作家罗伯特·考恩说：“科学家不得不重新评估他们的若干假设。……他们没有找着什么证据去支持他们的主张，证明最初的大气是充满氢而高度还原的，有些证据更显示情形刚刚相反。”[10]

1991年，约翰·霍根在《科学美国人》（Scientific American）发表的文章指出：“过去十多年来，有越来越多人质疑尤里和米勒就大气所作的假设。根据科学实验及用电脑重现的大气……显示，当时来自太阳的紫外线辐射（现在受大气中的臭氧层所阻隔）可以破坏大气里含氢的分子。……这样的大气［二氧化碳和氮］对于形成氨基酸和别的生命要素十分不利。”

既然这样，为什么还有许多科学家坚称地球早期的大气是还原的，只含有极少的氧呢？西德尼·福克斯和克劳斯·多斯在《分子进化与生命起源》[11]中回答说：当时的大气必然缺乏氧，原因之一是，“实验室的实验显示，进化的化学阶段……会受到氧所抑制”；此外，“在有氧的地质时期”，像氨基酸一样的化合物是“不稳定”的。

米勒教授在作了他的实验四十多年后告诉《科学美国人》杂誌说：“生命起源的奥秘，原来比我和其他大部分人所估计的更难解开。”其他科学家的想法也有同样的转变。例如早在1969年，生物学教授迪安·凯尼恩跟别人合著了《生化学预定论》[12]。但较近期的时候，他指出：“物质可以自行跟能量组织成生物系统，这件事根本是难以置信的。”

凯尼恩认为：“目前所有用化学解释生命起源的理论，都犯了根本上的错误。”实验证明他的看法是对的。米勒和其他科学家合成了氨基酸后，科学家着手制造蛋白质和DNA；这两种物质都是地上生物维持生命所必需的。科学家在生命起源以前的环境里进行了数千次试验。《生命起源的奥秘：再评目前各家理论》[13]指出：“我们在合成氨基酸方面的成就有目共睹，但合成蛋白质和DNA却始终失败；两者形成了强烈的对照。”科学家在合成蛋白质和DNA方面所作的努力，可以用“总是失败”来形容。

要解开的谜并非仅限于第一个蛋白质分子和第一个核酸分子（DNA或RNA）怎样产生，同时也包括它们怎样共同发挥作用。《新大英百科全书》[14]说：“惟独这两种分子共同发挥作用，生物才可能在地上生存。”可是这套百科全书指出，这两种分子怎么会彼此紧密合作，“在生命起源方面”仍然“是个关键性的哑谜”。 米勒试验中产生的氨基酸是外消旋体，既有L型也有D型的，二者的比例差不多相等。然而生物用于构建蛋白质的氨基酸却都为L型氨基酸。为什么生物偏好L型氨基酸，这仍然需要进一步探索。

在大约一百种已知的胺基酸中， 只有20种是蛋白质的成分，而所有这些胺基酸都是左式的。科学家曾仿照他们认为在生命起源以前的太古濃湯裏发生的情况，在实验室裏制造胺基酸。他们发现，这样制造出来的胺基酸分子，右式和左式的数目相等。《纽约时报》报道说：“生命完全有赖于左式的胺基酸，所以这种左右式胺基酸各占一半的现象并不常见。”为什么活物完全由左式胺基酸所组成，至今仍然是个“莫大的奥秘”。不過，根據NASA的科學家對隕石的研究，發現太空中隕石上的氨基酸存在异构体过量，即L型氨基酸比例高于D型氨基酸[15]。

• A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions by Stanley L. Miller