Жизнь на основе кремния

Для жизни на Земле углерод — это одна из основ. Все организмы строят свои клетки из углеродных молекул. Ученые и авторы научной фантастики давно предполагают, что поскольку атомы кремния связываются с другими атомами подобно углероду, кремний может сформировать основу альтернативной биохимии жизни.

Тем не менее, хотя кремний широко доступен на Земле и составляет 28% земной коры (по сравнению с 0,03% для углерода), этот элемент почти полностью отсутствует в химии жизни.

Это может скоро измениться. Исследователи из Сан-Диего, штат Калифорния сообщили, что они разработали бактериальный фермент, который эффективно включает кремний в простые углеводороды.

В будущем организмы, способные включать кремний в свои клетки, смогут привести к новой биохимии для жизни, хотя на данный момент создание реальных основанных на кремнии существ (таких как Орта из «Звездного пути») еще нет.

Чтобы научить биологов внедрять кремний, Фрэнсис Арнольд, химик из Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) в Пасадене, а также ассистент доктора наук Дженнифер Кан и аспирант Расти Льюис начали с выделения так называемой термофильной бактерии, которая растет в горячем состоянии пружины.

Как и многие организмы, бактерия содержит фермент цитохром С, который переносит электроны к другим белкам, что делает его широко полезным в биохимии.

В некоторых случаях, однако, ферменты у термофильных бактерий расширяют свою роль для проведения других побочных реакций. Таким образом, исследователи Caltech проверили свой микроб и обнаружили, что в редких случаях его цитохром С также добавляет кремний в углеводороды.

В природе, отмечает Арнольд, способность цитохрома С к добавлению кремния настолько слаба, что, вероятно, является лишь побочным продуктом функции фермента, даже близко к его основной роли.

Чтобы попытаться усилить это, команда инкубировала бактерии с соединениями кремния и углерода и отобрала организмы, которые производили большинство углеводородов, которые включали кремний. Только после трех раундов этого искусственного отбора ферменты эволюционировали для производства кремний содержащих углеводородов в 2000 раз быстрее, чем природный цитохром С.

«Сила эволюции действительно проявляется, когда появляется новая функция, а затем вынуждена адаптироваться посредством направленной эволюции», — говорит Арнольд.

Пока что кремний содержащие углеводородные соединения, называемые органосиланами, вероятно, бесполезны ни для бактерий, ни для промышленности. Они короткие и в отличие от длинных цепочечных версий, которые химические компании делают для таких применений, как клеи, герметики.

Тем не менее, Джозеф де Симоне, химик из Университета Северной Каролины, Чапел-Хилл, который видел, как Арнольд представил свои результаты на совещании, назвал результаты «удивительными» и сказал, что они открывают новые перспективы для химии.

Арнольд отмечает, что живые организмы специализируются на проведении сложной химии при умеренных температурах и давлениях, что делает их идеальными для использования в качестве экологически чистых химических заводов. Так что когда-нибудь эволюционирующие микробы смогут производить сложные материалы на основе кремния, такие как те, что используются в клеях, используя только часть энергии, которую сегодня требуют химические компании.

Дальнейший переход к созданию основанной на кремнии жизни, такой как Орта из Star Trek, остается гораздо более отдаленной перспективой. Но теперь, когда у ученых есть опора, говорит Арнольд, будет интересно посмотреть, что они могут с этим сделать. «Теперь у нас есть возможность воплотить кремний в жизнь».

0

Комментарии


Чтобы оставить комментарий, пожалуйста, авторизируйтесь!