زندگي مبتني بر سيليكون ممكن است بيش از داستان علمي علمي باشد

تخيلي علمي، دنياي غريبي را تصور مي‌كند كه در زندگي مبتني بر سيليكون زندگي مي‌كند، مانند the كه از مجموعه سفر ستاره اصلي جدا مي‌شود. نويسنده ارشد study's، Frances آرنولد، يك مهندس شيمي در موسسه فن‌آوري كاليفرنيا در پاسادنا، گفت: " اكنون دانشمندان براي اولين بار نشان داده‌اند كه طبيعت مي‌تواند براي تركيب سيليكون با مولكول‌هاي كربن محور توسعه پيدا كند. دانشمندان به تازگي يافته‌هاي خود را در ژورنال Science.Carb كه ستون فقرات هر مولكول بيولوژيكي شناخته‌شده هستند، به تفصيل شرح دادند. زندگي روي زمين براساس كربن است، به احتمال زياد به اين دليل كه هر اتم كربن مي‌تواند پيوند با چهار اتم ديگر را به طور همزمان شكل دهد. اين كيفيت كربن را به خوبي سازگار مي‌سازد تا زنجيره‌هاي طولاني مولكول‌ها را شكل دهد كه به عنوان پايه‌اي براي زندگي عمل مي‌كنند، مانند پروتين ها و DNA.Rela. به عنوان مثال، به جاي تكيه‌بر آب به عنوان حلال كه مولكول‌هاي زيستي در آن عمل مي‌كنند، شايد موجودات فضايي به آمونياك يا متان وابسته باشند. و به جاي اتكا به كربن براي خلق كردن مولكول‌هاي زندگي، شايد موجودات فضايي مي‌توانند از silicon.Carb استفاده كنند و سيليكون نيز به طور شيميايي مشابه آن هستند كه در آن اتم‌هاي سيليكون نيز مي‌توانند هر يك از پيوندهاي را با چهار اتم ديگر به طور همزمان تشكيل دهند. علاوه بر اين، سيليسيم يكي از رايج‌ترين عناصر در جهان است. براي مثال، سيليكون تقريباً ۳۰ درصد از جرم پوسته Earth's را تشكيل مي‌دهد و تقريباً ۱۵۰ برابر بيشتر از كربن در پوسته Earth's است. احساس من اين است كه اگر يك انسان مي‌تواند زندگي را ترغيب كند تا پيوندهاي بين سيليكون و كربن بسازد، طبيعت نيز مي‌تواند اين كار را انجام دهد. دانشمندان مدت‌ها مي‌دانستند كه زندگي روي زمين قادر به تركيب شيميايي است.

از طريق دستكاري سيليسيم . به عنوان مثال , ذرات ميكروسكوپي از سيليسيم دي‌اكسيد به نام phytoliths را مي توان در سبزه‌ها و گياهان ديگر يافت و جلبك دريايي مشهور به diatoms , دي‌اكسيد سيليسيم را به اسكلت آن‌ها وارد كرد . با اين حال , هيچ نوع طبيعي شناخته‌شده‌اي از زندگي روي زمين وجود ندارد كه سيليكون و كربن را به هم تركيب مي‌كند , شيمي دان‌ها به طور مصنوعي مولكول‌هاي سنتز مصنوعي متشكل از هم جنس سيليكون و هم كربن را توليد مي‌كنند . اين تركيبات سيليكون - سيليكون در طيف وسيعي از محصولات , از جمله مواد دارويي , sealants , caulks , چسب , رنگ‌ها , herbicides ها , fungicides ها , و صفحات كامپيوتر و تلويزيون يافت مي‌شوند . آرنولد گفت : " اكنون دانشمندان راهي را كشف كرده‌اند كه زيست‌شناسي را با كربن و سيليكون ديگر تركيب كنند ." ما مي‌خواستيم ببينيم آيا مي‌توانيم از اين بيولوژي استفاده كنيم كه در حال حاضر به حوزه‌هاي جديدي از شيمي تبديل شده‌است كه طبيعت هنوز كشف نشده است . " مرتبط : حقايق در مورد SiliconThe محققان , ميكروب‌ها را به ايجاد مولكول‌هايي كه هرگز در طبيعت از طريق يك استراتژي شناخته‌شده به عنوان " تكامل هدايت‌شده " كه آرنولد در اوايل دهه 1990 پيشگام بود , هدايت كردند . درست همانطور كه كشاورزان محصولات و دام‌ها را با پرورش نسل موجودات زنده براي ويژگي‌هايي كه مي‌خواهند ظاهر شوند , دارند , بنابراين دانشمندان هم چنين ميكروب‌هايي را براي ايجاد مولكول‌هايي كه آن‌ها مي‌خواهند ايجاد مي‌كنند . دانشمندان به هدايت استراتژي‌هاي تكاملي براي سال‌ها براي ايجاد كالاهاي خانگي مانند مواد شوينده و توسعه روش‌هاي سازگار با محيط‌زيست براي توليد دارو , سوخت و ديگر محصولات صنعتي استفاده كرده‌اند . آرنولد و

mpounds.آرنولد گفت: "آزمايشگاه من از تكامل براي طراحي آنزيم هاي جديد استفاده مي كند.". "هيچ كس واقعاً نمي داند چگونه آنها را طراحي كند - آنها بسيار پيچيده هستند. اما ما در حال يادگيري چگونگي استفاده از تكامل براي ساختن چيزهاي جديد هستيم ، دقيقاً مانند طبيعت."اول ، محققان با آنزيم هايي كه گمان مي كردند مي توانند ، در اصل ، سيليكون را دستكاري كنند ، شروع كردند. در مرحله بعد ، آنها نقشه هاي DNA اين پروتئين ها را به روش هاي كم و بيش تصادفي جهش داده و آنزيم هاي حاصل را براي صفت مورد نظر آزمايش كردند. آنزيم هايي كه بهترين عملكرد را داشتند دوباره جهش يافته و اين روند تا زماني كه دانشمندان به نتايج مورد نظر خود برسند تكرار شد. آرنولد و همكارانش با آنزيم هايي معروف به پروتئين هاي هما شروع كردند كه همگي در قلب خود آهن دارند و قادر به كاتاليز كردن طيف گسترده اي هستند. واكنش ها. پروتئين همي كه به طور گسترده شناخته شده است ، احتمالاً هموگلوبين است ، رنگدانه قرمز كه به حمل اكسيژن خون كمك مي كند. پس از آزمايش انواع پروتئين هاي هما ، دانشمندان روي يكي از مارينوس رودوترموس ، باكتري از چشمه هاي آب گرم در ايسلند متمركز شدند. پروتئين هممه مورد نظر, معروف به سيتوكروم c, به طور معمول الكترون ها را به پروتئين هاي ديگر در ميكروب مي بندند, اما آرنولد و همكارانش دريافتند كه اين ماده همچنين مي تواند مقادير كمي از تركيبات ارگانو سيليكون ايجاد كند. پس از تجزيه و تحليل ساختار سيتوكروم c, محققان گمان مي كردند كه تنها چند جهش ممكن است فعاليت كاتاليزوري آنزيم را تا حد زيادي تقويت كند. در واقع ، تنها سه دور جهش كافي بود تا اين پروتئين را به يك كاتاليزور تبديل كند كه مي تواند بيش از 15 برابر پيوندهاي كربن سيليكون توليد كند تا از بهترين تكنيك هاي مصنوعي موجود در حال حاضر. آرنولد گفت ، آنزيم جهش يافته مي تواند حداقل 20 تركيب مختلف ارگانو سيليكون توليد كند ، 19 مورد از آنها براي علم جديد بود. هنوز مشخص نيست كه چه برنامه هايي ممكن است افراد بتوانند براي اين تركيبات جديد پيدا كنند."بزرگترين شگفتي از اين كار اين است كه دستيابي به كاركردهاي جديد از زيست شناسي چقدر آسان بود ، كاركردهاي جديدي كه شايد هرگز در دنياي طبيعي انتخاب نشده باشند

آرنولد گفت: " به نظر مي‌رسد كه دنياي بيولوژيكي هميشه آماده نوآوري است، و نشان مي‌دهد كه اين آنزيم جهش‌يافته، تركيبات سيليكون - سيليكون را در يك لوله آزمايشي توليد مي‌كند، دانشمندان همچنين نشان دادند كه E. باكتري coli، به طور ژنتيكي مهندسي شده تا آنزيم IN را درون خود توليد كند، همچنين مي‌تواند تركيب‌هاي organo - سيليكون ايجاد كند. آرنولد گفت: " اين نتيجه اين احتمال را بوجود مي‌آورد كه ميكروب‌هاي جايي ممكن است به طور طبيعي توانايي ايجاد اين مولكول‌ها را داشته باشند و زماني كه شما مي‌توانيد اين كار را در جايي در جهان انجام دهيد، احتمالاً اين يك سوال باز است كه چرا زندگي روي زمين براساس كربن است وقتي كه سيليكون در پوسته organic رايج است. تحقيقات پيشين نشان مي‌دهد كه در مقايسه با كربن، سيليكون مي‌تواند پيوندهاي شيميايي با انواع كمتري از اتم را تشكيل دهد، و اغلب گونه‌هاي پيچيده كمتري از ساختارهاي مولكولي با اتم‌هايي كه مي‌توانند با آن تعامل داشته باشند شكل مي‌دهد. تحقيقات آينده با دادن توانايي ايجاد تركيبات سيليكون - سيليكون، مي‌توانند به اين نتيجه برسند كه چرا زندگي در اينجا يا هر جاي ديگر ممكن است براي تركيب سيليكون در مولكول‌هاي زيستي توسعه پيدا كند. در عالم احتمالاتي كه براي زندگي وجود دارند، نشان داديم كه اين يك احتمال بسيار آسان براي زندگي است چون ما مي‌دانيم كه اين كار شامل سيليكون در مولكول‌هاي آلي مي‌شود. و زماني كه شما مي‌توانيد اين كار را در جايي در جهان انجام دهيد، احتمالاً انجام مي‌شود. علاوه بر مفاهيم astrobiology، محققين اشاره كردند كه كار آن‌ها نشان مي‌دهد كه فرايندهاي بيولوژيكي مي‌توانند تركيبات organo - سيليكون را به روش‌هايي كه سازگار با محيط‌زيست هستند و به طور بالقوه گران‌تر از روش‌هاي موجود سنتز اين مولكول‌ها هستند، توليد كنند. براي مثال، تكنيك‌هاي فعلي براي ايجاد تركيبات organo - سيليكون اغلب به فلزات قيمتي و solvents.The سمي toxic نياز دارند.

آنزيم nt همچنين باعث مي شود محصولات جانبي ناخواسته كمتري داشته باشند. در مقابل ، تكنيك هاي موجود به طور معمول براي از بين بردن فرآورده هاي جانبي نامطلوب به مراحل اضافي نياز دارند و به هزينه ساخت اين مولكول ها مي افزايند.آرنولد گفت: "من در حال حاضر با چندين شركت شيميايي در مورد برنامه هاي بالقوه براي كار ما صحبت مي كنم.". "اين تركيبات به صورت مصنوعي دشوار هستند ، بنابراين يك مسير بيولوژيكي تميز براي توليد اين تركيبات بسيار جذاب است."تحقيقات آينده مي تواند كشف كند كه چه مزايايي و مضراتي در ايجاد تركيبات ارگانو سيليكون براي ارگانيسم ها دارد. "با دادن اين توانايي به يك ارگانيسم, ممكن است ببينيم وجود دارد يا خير, يا نيست, دليلي كه ما در دنياي طبيعي در آن گير نمي كنيم,"آرنولد گفت: اين تحقيق توسط بنياد ملي علوم تأمين شد, برنامه ابتكار نوآوري Caltech, و موسسه مهندسي مولكولي پزشكي جاكوبز در Caltech. اين داستان توسط مجله اخترشناسي ارائه شده است, يك انتشارات مبتني بر وب كه توسط برنامه اخترشناسي ناسا حمايت مالي مي شود. Space.comSpacedotcom ، Facebook و Google را دنبال كنيد . داستان ارسال شده در Space.com. 10 سياره اي كه مي تواند ميزبان زندگي بيگانه باشد: آيا شما به زندگي بيگانه اعتقاد داريد?5 ادعاي جسورانه Alien LifeFollow NBC MACH در توييتر ، فيس بوك و اينستاگرام. دانشمندان اكنون مي توانند اطلاعات مربوط به اتم هاي مجرد را ذخيره كنند 23 مارس 201701: 09