The effect of physical variations on the products of Miller-Urey experiment.

Abstract

Investigating the origins of life without direct historical data presents a significant challenge due to the lack of the ability to observe the conditions on early Earth firsthand. This thesis extends beyond the traditional focus on specific outcomes to explore the broader potential chemical space through a series of experiments inspired by the classical Miller-Urey setup. We analyzed the Miller experiment, the gas phase, the broth, and the solid phase composition using GC-MS, HPLC-Mass spectroscopy, FTIR, SEM, EDX, XRD, UV-Vis absorption, UV-Vis excitation, and Fluorescence. The research incorporates variations of the Miller-Urey experimental settings, including temperature, initial pressure, ammonia concentration, and the spark generator. Additionally, this work presents the real-time experiments to track changes over time. The study systematically maps the products. This metabolomics-inspired workflow allows for confident identification of features, each representing a distinct product within the complex mixture. By integrating these diverse approaches, we offer new insights into the possibilities of prebiotic chemistry and its implications for the search for origin of life. The experimental results demonstrate that specific environmental conditions significantly enhance the molecular diversity, leading to the formation of precursors essential to life.

Die Erforschung der Ursprünge des Lebens ohne direkte historische Daten stellt eine erhebliche Herausforderung dar, da die Bedingungen auf der frühen Erde nicht aus erster Hand beobachtet werden können. Diese Arbeit geht über den traditionellen Fokus auf spezifische Ergebnisse hinaus, um den breiteren potenziellen chemischen Raum durch eine Reihe von Experimenten zu erkunden, die vom klassischen Miller- Urey-Setup inspiriert sind. Wir analysierten das Miller-Experiment hinsichtlich der Gasphase, der ”Ursuppe” und der Festphasen-Zusammensetzung unter Verwendung von GC-MS, HPLCMassenspektrometrie, FTIR, SEM, EDX, XRD, UV-Vis-Absorption, UV-Vis-Anregung und Fluoreszenz. Unsere Arbeit umfasst Variationen der Miller-Urey-Experimenteinstellungen, einschließlich der Auswirkungen von Temperatur, Anfangsdruck, Ammoniakkonzentration und dem Funkeninduktor. Darüber hinaus werden Echtzeitexperimente vorgestellt, um Veränderungen Zeitabhängig zu verfolgen. Unsere Studie kartiert systematisch die Produkte. Dieser von der Metabolomik inspirierte Workflow ermöglicht eine sichere Identifizierung von Merkmalen, die jeweils ein spezifisches Produkt innerhalb des komplexen Gemisches darstellen. Durch die Integration dieser unterschiedlichen Ansätze bieten wir neue Einblicke in die Möglichkeiten der präbiotischen Chemie und deren Implikationen für die Suche nach dem Ursprung des Lebens. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass spezifische Umweltbedingungen die molekulare Vielfalt erheblich erhöhen und zur Bildung wesentlicher Molecularer Vorstufen des Lebens führen. Schlüsselwörter: Miller-Urey-Experiment, komplexe chemische Netzwerke, Umweltbedingungen, Ursprünge des Lebens, analytische Techniken.