Stiinta-fictiune a imaginat mult timp lumi extraterestre locuite de viata bazata pe siliciu, cum ar fi Horta care mananca rock din seria originala Star Trek. Acum, oamenii de stiinta au aratat pentru prima data ca natura poate evolua pentru a incorpora siliciul in moleculele pe baza de carbon, elementele constitutive ale vietii pe Pamant.
In ceea ce priveste implicatiile pe care aceste descoperiri le-ar putea avea pentru chimia extraterestra in lumile indepartate, „sentimentul meu este ca, daca o fiinta umana poate convinge viata pentru a construi legaturi intre siliciu si carbon, natura o poate face si ea”, a declarat Frances Arnold, autorul principal al studiului. inginer chimist la California Institute of Technology din Pasadena. Oamenii de stiinta si-au detaliat descoperirile recent in revista Science.
Carbonul este coloana vertebrala a oricarei molecule biologice cunoscute. Viata pe Pamant se bazeaza pe carbon, probabil pentru ca fiecare atom de carbon poate forma legaturi cu pana la alti patru atomi simultan. Aceasta calitate face carbonul foarte potrivit pentru a forma lanturi lungi de molecule care servesc drept baza pentru viata asa cum o cunoastem, cum ar fi proteinele si ADN-ul.
Related: Cautarea vietii pe Marte in imagini
Cu toate acestea, cercetatorii au speculat de mult ca viata extraterestra ar putea avea o baza chimica complet diferita de viata de pe Pamant. De exemplu, in loc sa se bazeze pe apa ca solvent in care actioneaza moleculele biologice, probabil extraterestrii ar putea depinde de amoniac sau metan. Si in loc sa se bazeze pe carbon pentru a crea moleculele vietii, poate extraterestrii ar putea folosi siliciu.
Carbonul si siliciul sunt foarte asemanatoare din punct de vedere chimic, deoarece atomii de siliciu pot forma, de asemenea, legaturi cu alti patru atomi simultan. Mai mult, siliciul este unul dintre cele mai comune elemente din univers. De exemplu, siliciul reprezinta aproape 30% din masa scoartei terestre si este de aproximativ 150 de ori mai abundent decat carbonul din scoarta terestra.
“Sentimentul meu este ca, daca o fiinta umana poate convinge viata pentru a construi legaturi intre siliciu si carbon, natura o poate face si ea”.
Oamenii de stiinta stiau de mult ca viata de pe Pamant este capabila sa manipuleze chimic siliciul. De exemplu, particulele microscopice de dioxid de siliciu numite fitoliti pot fi gasite in ierburi si alte plante, iar algele fotosintetice cunoscute sub numele de diatomee incorporeaza dioxid de siliciu in scheletele lor. Cu toate acestea, nu exista cazuri naturale cunoscute de viata pe Pamant care sa combine siliciu si carbon impreuna in molecule.
Cu toate acestea, chimistii au sintetizat artificial molecule formate atat din siliciu, cat si din carbon. Acesti compusi organosilici se gasesc intr-o gama larga de produse, inclusiv produse farmaceutice, etansanti, caulks, adezivi, vopsele, erbicide, fungicide si ecrane pentru computer si televiziune. Acum, oamenii de stiinta au descoperit o modalitate de a convinge biologia de a lega chimic carbonul si siliciul impreuna.
„Am vrut sa vedem daca putem folosi ceea ce face deja biologia pentru a se extinde in domenii complet noi ale chimiei pe care natura nu le-a explorat inca”, a spus Arnold.
Related: Fapte despre siliciu
Cercetatorii au condus microbii in crearea unor molecule care nu au fost vazute pana acum in natura printr-o strategie cunoscuta sub numele de „evolutie directionata”, pe care Arnold a inceput-o la inceputul anilor ’90. Asa cum fermierii au modificat mult timp recoltele si efectivele de animale prin reproducerea generatiilor de organisme pentru trasaturile pe care doresc sa le apara, la fel si oamenii de stiinta au crescut microbi pentru a crea moleculele dorite. Oamenii de stiinta au folosit strategii evolutive directionate de ani de zile pentru a crea bunuri de uz casnic, cum ar fi detergentii si pentru a dezvolta modalitati ecologice de a produce produse farmaceutice, combustibili si alte produse industriale. (Procesele de fabricatie chimica conventionale pot necesita substante chimice toxice; in schimb, strategiile evolutive directionate folosesc organisme vii pentru a crea molecule si, in general, pentru a evita chimia care s-ar dovedi daunatoare vietii.)
Arnold si echipa ei – chimistul organic sintetic Jennifer Kan, bioinginerul Russell Lewis si chimistul Kai Chen – s-au concentrat pe enzime, proteinele care catalizeaza sau accelereaza reactiile chimice. Scopul lor a fost de a crea enzime care sa poata genera compusi organo-silicici.
„Laboratorul meu foloseste evolutia pentru a proiecta noi enzime”, a spus Arnold. “Nimeni nu stie cu adevarat cum sa le proiecteze – sunt extrem de complicate. Dar invatam cum sa folosim evolutia pentru a face altele noi, la fel ca si natura”.
In primul rand, cercetatorii au inceput cu enzime despre care suspectau ca ar putea, in principiu, manipula chimic siliciu. Apoi, au mutat planurile ADN ale acestor proteine in moduri mai mult sau mai putin aleatorii si au testat enzimele rezultate pentru trasatura dorita. Enzimele care s-au comportat cel mai bine au fost mutate din nou, iar procesul s-a repetat pana cand oamenii de stiinta au atins rezultatele dorite.
Arnold si colegii ei au inceput cu enzime cunoscute sub numele de proteine hemice, care toate au fier la inima si sunt capabile sa catalizeze o mare varietate de reactii. www.bookmark-suggest.win
- prezi
- dodge challenger
- guvernul romaniei
- lidl program
- xnx
- decathlon
- cristin ich
- copa america
- traduction
- bilete de avion
- filme xxx
- istyle
- pepco
- pat dormitor
- karcher
- bmw seria 7
- the weeknd
- cum se voteaza la alegerile ue
- publi 24 auto
- eon
Cea mai recunoscuta proteina hem este probabil hemoglobina, pigmentul rosu care ajuta sangele sa transporte oxigenul.
Dupa testarea unei varietati de proteine hemice , oamenii de stiinta s-au concentrat pe una din Rhodothermus marinus , o bacterie din izvoarele termale din Islanda. Proteina hem in cauza, cunoscuta sub numele de citocrom c, transporta in mod normal electronii catre alte proteine din microb, dar Arnold si colegii ei au descoperit ca ar putea genera, de asemenea, niveluri scazute de compusi organosilici.
Dupa analiza structurii citocromului c, cercetatorii au suspectat ca doar cateva mutatii ar putea spori foarte mult activitatea catalitica a enzimei. Intr-adevar, doar trei runde de mutatii au fost suficiente pentru a transforma aceasta proteina intr-un catalizator care ar putea genera legaturi carbon-siliciu de peste 15 ori mai eficient decat cele mai bune tehnici sintetice disponibile in prezent. Enzima mutanta ar putea genera cel putin 20 de compusi organo-silicici diferiti, dintre care 19 erau noi pentru stiinta, a spus Arnold. Ramane necunoscut ce aplicatii ar putea gasi oamenii pentru acesti compusi noi.
„Cea mai mare surpriza din aceasta lucrare este cat de usor a fost obtinerea de noi functii din biologie, functii noi, probabil, niciodata selectate in lumea naturala, care sunt inca utile fiintelor umane”, a spus Arnold. „Lumea biologica pare intotdeauna pregatita sa inoveze”.
In legatura cu: Cele mai bune locuri pentru a cauta viata straina in sistemul nostru solar
In plus fata de a arata ca enzima mutanta ar putea autogenereaza compusi organo-silicici intr-o eprubeta, oamenii de stiinta au aratat, de asemenea, ca bacteriile E. coli , proiectate genetic pentru a produce enzima mutanta in interiorul lor, ar putea crea, de asemenea, compusi organo-silicici. Acest rezultat creste posibilitatea ca microbii undeva sa fi putut evolua in mod natural capacitatea de a crea aceste molecule.
„In universul posibilitatilor care exista pentru viata, am aratat ca este o posibilitate foarte usoara pentru viata, asa cum o stim, sa includa siliciu in molecule organice”, a spus Arnold. „Si odata ce o poti face undeva in univers, probabil ca se face.”
Ramane o intrebare deschisa de ce viata pe Pamant se bazeaza pe carbon atunci cand siliciul este mai raspandit in scoarta Pamantului. Cercetarile anterioare sugereaza ca, comparativ cu carbonul, siliciul poate forma legaturi chimice cu mai putine tipuri de atomi si adesea formeaza tipuri mai putin complexe de structuri moleculare cu atomii cu care poate interactiona. Oferind vietii capacitatea de a crea compusi organosilici, cercetarile viitoare pot testa de ce viata aici sau in alta parte poate sau nu sa fi evoluat pentru a incorpora siliciul in moleculele biologice.
“In universul posibilitatilor care exista pentru viata, am aratat ca este o posibilitate foarte usoara pentru viata, asa cum o stim, sa includa siliciu in molecule organice. Si odata ce o puteti face undeva in univers, probabil ca se face . “
In plus fata de implicatiile astrobiologice, cercetatorii au remarcat faptul ca lucrarile lor sugereaza ca procesele biologice ar putea genera compusi organo-silicici in moduri mai ecologice si potential mult mai putin costisitoare decat metodele existente de sintetizare a acestor molecule. De exemplu, tehnicile actuale pentru crearea compusilor organosilici necesita adesea metale pretioase si solventi toxici.
Enzima mutanta produce, de asemenea, mai putine produse secundare nedorite. In schimb, tehnicile existente necesita in mod obisnuit pasi suplimentari pentru a elimina subprodusele nedorite, adaugand la costul producerii acestor molecule.
„Vorbesc acum cu mai multe companii chimice despre potentiale aplicatii pentru munca noastra”, a spus Arnold. „Acesti compusi sunt greu de realizat sintetic, astfel incat o cale biologica curata pentru a produce acesti compusi este foarte atractiva”.
Cercetarile viitoare pot explora ce avantaje si dezavantaje ar putea avea capacitatea de a crea compusi organosiliciici pentru organisme. „Oferind aceasta capacitate unui organism, am putea vedea daca exista sau nu un motiv pentru care nu ne impiedicam in lumea naturala”, a spus Arnold.
Cercetarea a fost finantata de Fundatia Nationala pentru Stiinte, programul Caltech Innovation Initiative, si Institutul Jacobs pentru Ingineria Moleculara pentru Medicina de la Caltech.
Aceasta poveste a fost oferita de Astrobiology Magazine, o publicatie bazata pe web sponsorizata de programul de astrobiologie NASA. Urmariti Space.com @Spacedotcom, Facebook si Google+. Povestea postata pe Space.com.
- 10 Exoplanete care ar putea gazdui viata straina
- Sondaj: Crezi ca exista o viata straina?
- 5 revendicari indraznete ale vietii straine
Urmariti NBC MACH pe Twitter, Facebook si Instagram.
