科學家製造出全新的生物! 有史以來第一次在活生生的細胞裡形成碳矽鍵

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不是我們所認識的生命

科學家已經設法哄騙活細胞製造出碳矽鍵,這是有史以來第一次展示大自然可以將矽,地球上最豐富的元素之一,併入到生命的基本元素。

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雖然化學家之前已經做出碳矽鍵,它們被發現在每一樣事物中,從油漆和半導體到電腦和電視螢幕,但它們迄今從未在自然界中被發現,而這些新的細胞可能幫助我們更加了解在宇宙其他地方有關矽基生命的可能性。

在氧元素之後,矽是地殼中第二豐富的元素,但到目前為止,它與生物學上的生命無關。

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為什麼矽從未被納入在地球上任何種類的生物化學,已經是科學家一個長期的謎題,因為在理論上,矽基生命形式應該很容易在我們的星球上演化,如同我們知道並且喜愛的碳基生命。

不僅僅是碳和矽在地殼中都非常豐富,它們的化學組成也非常相似。

碳和矽共同擁有的最重要的特徵之一是能夠同時與四個原子形成鍵,這意味著它們有能力把形成生命基礎所需的分子長鏈結合在一起,例如我們所知道的蛋白質和DNA。

然而,就我們所知,矽基生命形式不存在於星際爭霸戰(Star Trek)的宇宙之外

研究人員之一,來自加州理工學院的珍妮佛‧簡(Jennifer Kan)說:「沒有已知的活生物把矽碳鍵放在一起,即使矽是如此豐富,在我們的周圍,在岩石和所有的海灘上。」

說清楚一點,讓活細胞實現碳矽鍵,簡和她的團隊發揮了重要作用,這不是細胞本身可以輕易做到的東西。

但實驗證明,這些鍵可以在自然界中形成,只要你有適當的條件。

藉由分離自然存在於海洋紅嗜熱鹽菌(Rhodothermus marinus)中的一種蛋白質,研究人員開始進行研究工作;這種細菌在冰島的熱溫泉中茂盛生長。

他們喜歡這種稱為細胞色素c酶(cytochrome c enzyme)的蛋白質,因為雖然它的主要作用是傳輸電子通過細胞,但實驗室測試揭露,它可能促進這種可以附加矽原子到碳的鍵生成。

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在分離出蛋白質後,對於這種蛋白質,他們將基因插入到一些大腸桿菌內,來看是否它能促進碳矽鍵在大腸桿菌活細胞內產生。

這些矽改造細菌的第一次迭代沒有做太多,但這個團隊繼續突變在大腸桿菌基因組的特定區域內的蛋白質基因,直到發生非常酷的事情。

阿維娃·魯特金(Aviva Rutkin)對新科學人(New Scientist)雜誌報導:「經過三回合的突變後,蛋白質能夠把矽結合到碳,效率是任何合成催化劑的15倍。」

事實上,這種已經被改造來生產碳矽鍵的細菌,比起化學家在實驗室裡能夠做出來的更有效率。有兩個令人興奮的理由,首先,它提供了一種更好的方式生產我們需要的碳矽鍵來製作東西;例如藥物、農業化學品和燃料。

來自加州大學戴維斯(Davis)分校、沒有參與研究的安妮莉絲‧佛蘭茲(Annaliese Franz)告訴新科學人雜誌:「這是人們所談論的、夢想的、想知道的東西。」

「任何製藥化學家都可以在星期四讀到這篇文章,然後在星期五決定他們要把這個作為一個他們可能會使用的基本元素。」

其次,它意味著一個生命形式可能至少有一部分可以是以矽為基礎,而且如果研究人員繼續培養這些類型的細菌,我們應該會有更好的了解它們可能看起來像是什麼樣子。

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一位團員法蘭西斯‧阿諾(Frances Arnold)在一份新聞聲明中說:「這項研究顯示出大自然如何能夠快速適應新的挑戰。」

「當我們以人工選擇的形式提供新的試劑和適當的激勵時,細胞的DNA編碼催化機制可以快速學習,來促進新的化學反應。大自然自己可以做到這一點,如果她想要的話。」

這項研究已經發表於科學(Science)期刊。

來源:ScienceAlert