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  在實驗中,研究者將水(HO)、甲烷(CH)、氨(NH)、氫氣(H)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,使實驗得以迴圈進行。  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%屬於氨基酸,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映象異構物。(注:一般報導將「左式 L-form」「右式 D-form」誤譯為「左旋」「右旋」,事實上幾乎所有生物化學的教材均說明生物氨基酸為「左式 L-form」,但卻大多為「右旋光性」)  除了上述實驗之外,米勒還進行了其他相關的實驗,但這些實驗都沒有發表,產物也沒有進行分析。2008年,11名科學家重新分析了米勒-尤里實驗留下的實驗瓶樣品,藉助於高效液相色譜和質譜技術,他們發現該實驗產生的有機化合物比原先報道的要多。有機物數量最多的是一個模擬火山爆發情景的實驗:水蒸氣推動著其他氣體進入一個經過改造的燒瓶中,加入抽氣裝置,使氣體流動的速度加快。在電火花的作用下,水分子在這種情況下可以均裂生成羥基自由基,再加之其他分子參與的反應,該實驗一共得到了22種氨基酸,5種胺,以及很多羥基化的化合物。羰基硫可以幫助這些氨基酸縮合形成多肽。這些進一步的研究為化學演化的假說提供了證據,使生命起源的問題再次迴歸焦點。  米勒實驗證明:由無機物合成小分子有機物是完全有可能的。

  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(CH)所形成的含碳產物:  (*合成蛋白質的氨基酸)

  很多人使用斯坦利·米勒在1953年進行的實驗作為證據,證明生命在最初可能是自然發生的。可是,他的解釋能否成立,卻基於一個假設,就是地球的原始大氣是“還原性”,而非“氧化性”的。那就是說,當時的大氣僅含有極微量的自由(未經化學結合的)氧。這一點是一個十分重要的前提。  查爾斯·撒克斯頓《生命起源的奧祕:再評目前各家理論》一書指出,如果當時有許多自由氧存在,“氨基酸就不可能形成;即使有些氨基酸碰巧產生了,它們也會迅速分解”。米勒完成了他的實驗後,過了兩年,發表了一篇經典的論文,其中指出:“當然,這些見解只是推測,因為我們根本不知道地球當初形成時,大氣是否處於還原狀態。......目前還沒有直接的證據證實這一點。”  大約二十五年後,科學作家羅伯特·考恩說:“科學家不得不重新評估他們的若干假設。......他們沒有找著什麼證據去支援他們的主張,證明最初的大氣是充滿氫而高度還原的,有些證據更顯示情形剛剛相反。”  1991年,約翰·霍根在《科學美國人》(Scientific American)發表的文章指出:“過去十多年來,有越來越多人質疑尤里和米勒就大氣所作的假設。根據科學實驗及用電腦重現的大氣......顯示,當時來自太陽的紫外線輻射(現在受大氣中的臭氧層所阻隔)可以破壞大氣裡含氫的分子。......這樣的大氣[二氧化碳和氮]對於形成氨基酸和別的生命要素十分不利。”  既然這樣,為什麼還有許多科學家堅稱地球早期的大氣是還原的,只含有極少的氧呢?西德尼·福克斯和克勞斯·多斯在《分子進化與生命起源》中回答說:當時的大氣必然缺乏氧,原因之一是,“實驗室的實驗顯示,進化的化學階段......會受到氧所抑制”;此外,“在有氧的地質時期”,像氨基酸一樣的化合物是“不穩定”的。

  米勒教授在作了他的實驗四十多年後告訴《科學美國人》雜誌說:“生命起源的奧祕,原來比我和其他大部分人所估計的更難解開。”其他科學家的想法也有同樣的轉變。例如早在1969年,生物學教授迪安·凱尼恩跟別人合著了《生化學預定論》。但較近期的時候,他指出:“物質可以自行跟能量組織成生物系統,這件事根本是難以置信的。”  凱尼恩認為:“目前所有用化學解釋生命起源的理論,都犯了根本上的錯誤。”實驗證明他的看法是對的。米勒和其他科學家合成了氨基酸後,科學家著手製造蛋白質和DNA;這兩種物質都是地上生物維持生命所必需的。科學家在生命起源以前的環境裡進行了數千次試驗。《生命起源的奧祕:再評目前各家理論》指出:“我們在合成氨基酸方面的成就有目共睹,但合成蛋白質和DNA卻始終失敗;兩者形成了強烈的對照。”科學家在合成蛋白質和DNA方面所作的努力,可以用“總是失敗”來形容。  要解開的謎並非僅限於第一個蛋白質分子和第一個核酸分子(DNA或RNA)怎樣產生,同時也包括它們怎樣共同發揮作用。《新大英百科全書》說:“惟獨這兩種分子共同發揮作用,生物才可能在地上生存。”可是這套百科全書指出,這兩種分子怎麼會彼此緊密合作,“在生命起源方面”仍然“是個關鍵性的啞謎”。 米勒試驗中產生的氨基酸是外消旋體,既有L型也有D型的,二者的比例差不多相等。然而生物用於構建蛋白質的氨基酸卻都為L型氨基酸。為什麼生物偏好L型氨基酸,這仍然需要進一步探索。  在大約一百種已知的氨基酸中, 只有20種是蛋白質的成分,而所有這些氨基酸都是左式的。科學家曾仿照他們認為在生命起源以前的太古濃湯裡發生的情況,在實驗室裡製造氨基酸。他們發現,這樣製造出來的氨基酸分子,右式和左式的數目相等。《紐約時報》報道說:“生命完全有賴於左式的氨基酸,所以這種左右式氨基酸各佔一半的現象並不常見。”為什麼活物完全由左式氨基酸所組成,至今仍然是個“莫大的奧祕”。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異構體過量,即L型氨基酸比例高於D型氨基酸。
米勒-尤里實驗(Miller-Urey experiment)是一項模擬假設性早期地球環境的實驗,研究目的是測試化學演化的發生情況。尤其是針對亞歷山大·歐帕林與約翰·伯頓·桑驗,該學說認為早期地球環境使無機物合成有機化合物的反應較易發生。