Життя на основі кремнію

Проте, хоча кремній широко доступний на Землі та становить 28% земної кори (порівняно з 0,03% для вуглецю), цей елемент майже повністю відсутній у хімії життя.

Це може скоро змінитися. Дослідники з Сан-Дієго, штат Каліфорнія повідомили, що вони розробили бактеріальний фермент, який ефективно включає кремній у прості вуглеводні.

У майбутньому організми, здатні включати кремній у свої клітини, зможуть призвести до нової біохімії для життя, хоча тепер створення реальних заснованих на кремнії істот (таких, як Орта із «Зоряного шляху») ще немає.

Щоб навчити біологів впроваджувати кремній, Френсіс Арнольд, хімік із Каліфорнійського технологічного інституту (Каліфорнійський технологічний інститут) у Пасадені, а також асистентка доктора наук Дженніфер Кан та аспірант Расті Льюїс розпочали з виділення так званої термофільної бактерії, що росте в гарячому стані пружини.

Як і багато організмів, бактерія містить фермент цитохром С, який переносить електрони до інших білків, що робить його широко корисним у біохімії.

У деяких випадках, однак, ферменти у термофільних бактерій розширюють свою роль для проведення інших побічних реакцій. Таким чином, дослідники Caltech перевірили свій мікроб і виявили, що в рідкісних випадках його цитохром С також додає кремній у вуглеводні.

У природі, зазначає Арнольд, здатність цитохрому С до додавання кремнію настільки слабка, що, ймовірно, є лише побічним продуктом функції ферменту, який не є навіть близьким до його основної ролі.

Щоб спробувати посилити це, команда інкубувала бактерії зі сполуками кремнію та вуглецю і відібрала організми, які виробляли більшість вуглеводнів, що включали кремній. Лише після трьох раундів цього штучного добору ферменти еволюціонували для виробництва кремнійвмісних вуглеводнів у 2000 разів швидше, ніж природний цитохром С.

«Сила еволюції дійсно проявляється, коли з'являється нова функція, а потім змушена адаптуватися за допомогою спрямованої еволюції», — каже Арнольд.

Поки що кремнійвмісні вуглеводневі сполуки, звані органосиланами, ймовірно, не приносять користі ні для бактерій, ні для промисловості. Вони короткі і на відміну від довгих ланцюжкових версій, які хімічні компанії роблять для таких застосувань, як клеї, герметики.

Проте Джозеф де Сімоне, хімік з Університету Північної Кароліни, Чапел-Хілл, який бачив, як Арнольд представив свої результати на нараді, назвав результати «дивовижними» і сказав, що вони відкривають нові перспективи для хімії.

Арнольд зазначає, що живі організми спеціалізуються на проведенні складної хімії за помірних температур і тисків, що робить їх ідеальними для використання в якості екологічно чистих хімічних заводів. Тож колись мікроби, що еволюціонують, зможуть виробляти складні матеріали на основі кремнію, такі як ті, що використовуються в клеях, використовуючи тільки частину енергії, яку сьогодні вимагають хімічні компанії.

Подальший перехід до створення заснованого на кремнії життя, такого як Орта зі Star Trek, залишається набагато більш віддаленою перспективою. Але тепер, коли у вчених є опора, каже Арнольд, буде цікаво подивитися, що вони можуть із цим зробити. «Тепер у нас є можливість втілити кремній у життя».