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  在实验中,研究者将水(HO)、甲烷(CH)、氨(NH)、氢气(H)与一氧化碳(CO)密封于无菌状态下的玻璃管于烧瓶内,并将其连结形成一个回路。装置中的一个烧瓶装着半满的液态水,另一个则含有一对电极。首先将液态水加热促使其蒸发,进而产生水蒸气;而另一烧瓶的电极通电后会产生火花,以模拟闪电。水蒸气经过电极之后,又再度凝结并重回原先装水的烧瓶中,使实验得以循环进行。  于实验开始一周后的观察中发现,约有10%到15%的碳以有机化合物的形式存在。其中2%属于氨基酸,以甘胺酸最多。而糖类、脂质与一些其他可构成核酸的原料也在实验中形成;核酸本身,如DNA或RNA则未出现。在实验中产生的各种化合物皆同时有左式与右式之镜像异构物。(注:一般报导将「左式 L-form」「右式 D-form」误译为「左旋」「右旋」,事实上几乎所有生物化学的教材均说明生物氨基酸为「左式 L-form」,但却大多为「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。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。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。  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。

  实验中首先形成醛(R-CHO)与氰化氢(HCN),而两者可作为接下来化学反应的原料,经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)所形成的含碳产物:  (*合成蛋白质的氨基酸)

  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》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”。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。”  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。”  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》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》杂志说:“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》。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》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》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氨基酸中, 只有20种是蛋白质的成分,而所有这些氨基酸都是左式的。科学家曾仿照他们认为在生命起源以前的太古浓汤里发生的情况,在实验室里制造氨基酸。他们发现,这样制造出来的氨基酸分子,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氨基酸,所以这种左右式氨基酸各占一半的现象并不常见。”为什么活物完全由左式氨基酸所组成,至今仍然是个“莫大的奥秘”。不过,根据NASA的科学家对陨石的研究,发现太空中陨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。
米勒-尤里实验(Miller-Urey experiment)是一项模拟假设性早期地球环境的实验,研究目的是测试化学演化的发生情况。尤其是针对亚历山大·欧帕林与约翰·伯顿·桑验,该学说认为早期地球环境使无机物合成有机化合物的反应较易发生。