@ 2016.11.27 , 09:00

开天辟地头一遭:活体细胞形成碳硅键

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目前所知的硅基生命只有星际迷航里的Horta

就目前所知,形成生命需要一些碳,一些水,还有一些元素。我们从未见过生命源自其他物质。比如硅,硅是地壳中第二多的元素,可是生物体却几乎用不上它。

硅的化学组成跟碳很像,而且也是四价,即一个原子能四个其他的原子化合,也就是说硅从理论上也可以成为生命的基础分子,比如蛋白质和DNA。几十年前,有机碳-硅键已经为化学家所使用了。但是那些都是人工合成的,我们至今没有在自然中看到类似的键。地球上还没有进化出硅基生命来。

这个问题科学家们已经琢磨了几十年:有可能存在硅基生命吗?如果有,长什么样呢?

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为了解答这个问题,加州理工学院的团队成功哄诱了活细胞形成了碳硅键,第一次展示了自然是如何把这一元素吸收进生命的。

“没有任何已知的生命可以将硅和碳键连在一起,即使我们被硅所包围,无论是岩石还是砂砾,”研究者之一的Jennifer Kan说。

他们一开始将海洋红嗜热盐菌体内的一种蛋白质分离出来,这是一种生活在冰岛温泉里的细菌。这种蛋白质叫做细胞色素C酶,它的主要作用是将电子拒之门外。将它分离是因为它会促进产生一种结合碳原子和硅原子的键。

为了识别给细胞色素C编码的基因,他们将其复制到大肠杆菌上,看它是否能够产生这些键。开始几次尝试并不成功,但是他们一直不断改变蛋白质基因,并最终取得想要的结果。

在经过三轮变异后,蛋白质成功将硅和碳键连起来,而且比人工催化效率高15倍。

这种新的连接方式会改变我们现有的合成方法,比如用于制造燃料、药物和肥料的技术。它同样展示生命也可以是硅基的。

“该研究显示自然可以快速适应新挑战,”团队成员之一的Frances Arnold说。

“当我们提供新的试剂和合适的诱因时,细胞中通过DNA编码的催化过程能快速产生新的化学反应。只要它想,自然本身也能做到这一点。”

Kan的团队为了让细胞产生碳硅键做了大量工作,细胞本身无法轻松做到这一点,甚至也不情愿这么做。但仍然,如果他们进一步研究这样的细菌,我们就能更好理解硅基生命是什么样子的。

他们的论文《细胞色素C定向演化形成碳硅键:因硅而生》已经发表在《科学》杂志上。

本文译自 zmescience,由译者 许叔 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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