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硅基生物想象图。研究显示，某些细菌能够生成有机硅化合物。这类化合物包含碳-硅键，虽然不能证明硅基生物的存在，但至少显示了生命是有能力将硅纳入到它的基础结构中的。加州理工学院 外星生命是否有可能是硅基生物？现在，这一猜想离现实更近了——科学家首次发现，大自然完全有可能演化出与硅元素共存的碳基分子。 碳建立了地球上所有已知生物的基本架构。地球生命之所以是碳基的，一个重要原因是一个碳原子最多能够同时和四个其它原子相结合。碳的这一特性使其十分适合形成长分子链——比如蛋白质和DNA。 但很多人猜想，外星生物的基本化学结构是否可能和地球生物不同？它们是否可能不依赖水，而是以氨或甲烷为溶剂，为生物分子的活动提供场所？它们是否可能用硅而不是碳来构建生物分子？ 碳和硅的化学特性部分相同，它们都能同时结合四个其它原子。更重要的是，硅的含量非常丰富。地壳中的硅元素含量，占到了地壳质量总和的近30%，且高于地壳碳含量约150倍。 地球生物利用硅元素这件事本身并不稀奇。一些植物体内存在着一种被称为植硅体的二氧化硅微粒，某些光合藻类如硅藻，就能把二氧化硅吸纳进体内，作为其身体架构的一部分。但没有人发现过在自然条件下，地球生物能够在分子层面上把硅和碳结合在一起。 人类有能力人工合成同时包含硅和碳的分子。去年，科学家发现，我们还可以通过诱导，通过生物体，把碳和硅结合在一起。 这种诱导方式名为“定向演化”，可以让微生物制造出我们在大自然中见不到的分子。经由多代繁殖，人们可以在农作物和牲畜身上得到需要的特性；通过多代培育，科学家也能让微生物制造特定分子。 美国加州理工学院化学工程师Frances Arnold是该项目的主要负责人。她和她的科研小组选择了酶作为实验对象。酶是一种蛋白质，有催化作用。他们的目的是想制造出一种能够催化生成有机硅化合物的酶。 实验的目的实际上就是为了得到一种新的酶，但没有人知道该怎么设计它们，因为它们极为复杂。但科学家却可以通过诱导生物体的演化来生成它们，而这种方法与大自然采用的方式相似。 他们是怎么做的呢？ 首先，研究人员需要挑选合适的酶，这些酶必须在理论上拥有和硅相结合的能力。然后，科学家会诱导这些蛋白质的DNA突变，并从突变结果中挑选需要的结果。符合要求的突变酶会在诱导下再次突变。如此反复，直到新一代酶符合科学家的预期要求。 入选的酶名为血红素蛋白。这类蛋白含铁，能够催化多种反应。最常见的血红素蛋白就是血红蛋白，能够把氧输送到人体各处。 具体的实验对象位于一种红嗜热杆菌体内。这种细菌生活在温泉里，其体内的血红素蛋白酶名为细胞色素C，职责是在蛋白质之间传输电子。而科学家发现，它也能生成比较低级的有机硅化合物。 实验结果表明，经过三轮突变后，细胞色素C在形成碳-硅键方面就拥有了极强的催化能力。其催化效率比当前最先进的人工合成技术高15倍以上，且能催化生成至少20种有机硅化合物，其中19种还是大自然中没有的。 Arnold表示，最令人惊讶的是，他们能够如此轻而易举地达到目的。这样的机制可能从未接受过自然选择。生物机制的创新精神令人惊讶。 不仅在分子层面，研究人员还发现，经过基因改造、携带有突变酶的E大肠杆菌也有能力制造出有机硅化合物。这进一步提升了在自然环境中存在有机硅细菌的可能性。 在宇宙中，在那些生命可能出现的地方，我们看到了已知的生命形态有能力把硅元素纳入分子内，且这一过程十分轻松。如果这样的事情能够在我们眼皮底下发生，那么在宇宙的别处，这样的事情也有可能发生，或者已经发生过。 在地壳中，硅元素的含量比碳元素大。因此地球生命为何是碳基生物而不是硅基生物？这是一个谜。和碳相比，硅的结合能力较差，硅化合物的分子结构也较为简单。但我们已经证明了，生物实际上有能力生成有机硅化合物。因此在未来的研究中，我们就可以去探究这样一个问题的答案，即地球或其它行星上的生命，在演化过程中是否有可能，或者为什么不可能把硅纳入到体内的分子中？ |
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