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宇宙中矽基生命形式的可能研究買吃角子老虎機建議

我們一直想知道,宇宙中是否可能存在以矽為基礎的生命形式,即不是基於碳的外星人,但其行星的本質是基於另一種元素-矽。加州理工學院(加州理工學院)的科學家設法證明,可以說服地球上的生命形式建立矽碳鍵。

加州理工學院的研究人員繁殖了一種細菌蛋白,使其可以與人為結合。這一突破不僅對我們如何想像淘金娛樂城外星生命的構成方式有影響,而且在許多行業中也可能有有趣的應用。

該研究並沒有證明存在矽生命形式,它只是向我們表明說服自然界朝那個方向移動是可能的

業已發現的矽鍵

在幾種人造產品中發現了含有有機矽的分子,該分子含有碳-矽鍵,包括藥物,油漆,農藥,電視屏幕和計算機顯示器以及半導體。

如果存在基於有機矽的生命,它看起來必贏電子老虎機 喜歡這位藝術家的印象嗎?這項最新研究並未證明矽為基礎的生命是可能的,但它表明可以說服生命將矽納入基本成分和生命的構成要素中。圖片:mediaassets.caltech.edu)

鑑於我們所知道的自然界中不存在矽碳鍵,這些產品目前僅是合成生產的。

在這項新的研究中,科學家最近清楚地表明,可以使用生物學來代替它們來製造這些化學鍵,這項新研究最近獲得了陶氏化學陶氏化學可持續性創新學生挑戰獎(SISCA)大獎。



通過使用生物學,我們將保護我們的環境並節省大量金錢。

首席研究員Frances Arnold,加州理工學院的Dick和Barbara Dickinson化學工程,生物工程和生物化學教授及其同事在著名期刊上發表了他們的研究和突破 科學(以下引文).

阿諾德教授說:

“我們決定讓自然界去做只有化學家才能做的事-只會做得更好。”

阿諾德教授及其大樂透獎金分配同事認為,他們的突破代表了製藥,農藥和其他產品生產的里程碑。圖片:twitter.com/francesarnold)

這也是第一個證明自然可以適應將矽摻入碳基分子的研究。地球上所有生命都是基於碳的,生命的基礎是碳基分子。

數十年來我們一直夢想著矽

長期以來,科學家一直想知道我們星球上的生命是否可能已經演化為基於矽而不是碳。



著名而不是那麼出名的科幻小說作者經常幫助我們想像宇宙中以矽為基礎的行星。例如,出現在1960年代《星際迷航》中的Horta生物。

矽和碳有幾個相似之處。它們能夠同時與四個原子形成鍵,使它們非常適合形成長分子鏈,就像我們在地球上發現的那些長鏈一樣,例如DNA和蛋白質。

主要作者,阿諾德教授實驗室的博士後研究員詹妮弗·坎說:

“即使在我們周圍,在岩石中和整個海灘中,即使矽如此豐富,也沒有生物將矽碳鍵結合在一起。”

矽是地殼中第二常見的元素。


視頻– Arnold蛋白質動畫

在這個 加州理工學院 視頻,您可以看到 細胞色素c 來自的蛋白質 海藻,顯示鐵(紅色)束縛在中心附近。科學家將粉色區域的氨基酸突變為 拉霸機程式改善蛋白質的碳-矽鍵形成能力。


定向進化

科學家使用了一種稱為定向進化的方法-它模仿自然選擇的過程,以朝著用戶定義的目標進化核酸或蛋白質。定向進化是阿諾德教授在1990年代初期所倡導的-她通過人工選擇在實驗室中創造了新的更好的酶,類似於當今人類對牛,玉米或貓的修飾方式。

酶是一類催化(促進)化學反應的蛋白質,它是一種生物催化劑。

在定向進化中,科學家從他們希望增強的酶開始。該酶的DNA編碼或多或少地隨機突變,然後測試所得的酶以確定它們是否具有所需的性狀。

最好的酶–表現最好的酶老虎機娛樂城ne –然後再次突變。這個過程一次又一次地完成,直到科學家創造出一種比原始酶更好的酶。

我們simpleplay電子老虎機長期以來一直使用定向進化來製造洗滌劑和其他家用產品,以及 ‘綠色’ 製造燃料,農藥和藥物的可持續路線。

在阿諾德教授實驗室工作的詹妮弗·坎(Jennifer Kan)是博士後研究員,專門研究有機化學,生物化學和催化。圖片:mediaassets.caltech.edu)

這項最新研究的目的是雙重的:

–改善酶的生物學功能。

–說服酶做以前從未做過的事情。

他們的第一步是找到合適的候選物,一種具有形成矽碳鍵的潛力的酶。

加州理工學院的唐娜和本傑明·羅森生物工程中心主任阿諾德教授解釋說:

“這就像繁殖賽馬。優秀的種鴿會認識到馬匹成為賽車手的內在能力,因此必須將其逐代傳承。我們只是用蛋白質來做。”

他們最合適的候選物是一種來自冰島溫泉中生長的細菌的蛋白質- 細胞色素c它通常將電子傳遞到其他蛋白質上,但是科學家發現它也像酶一樣起作用,以產生低水平的矽碳鍵。

然後,他們突變了該蛋白質的DNA編碼區,該區域指定了一個蛋白質的含鐵部分,該區域被認為是其矽碳鍵形成活性的原因。

Frances Arnold教授是美國工程師和科學家。她率先開發了定向進化方法,以創建有趣且有用的生物系統,包括酶,生物,遺傳調控迴路和代謝途徑。除了本頁提到的內容外,她的作品還獲得了多個獎項的認可,包括2011年德雷珀獎和2013年國家技術與創新獎。(圖片:caltech.edu)

一個了不起的有機矽製造商誕生了

然後,他們測試了這些突變酶,以確定它們在有機矽化合物製備方面是否比原始酶更好。

不久之後,研究人員就發明了一種酶,該酶可以選擇性地使矽碳鍵的效率比化學家發明的最佳催化劑高15倍-他們僅僅三輪就到達了那裡。

由於該酶具有極高的選擇性,因此可以減少需要化學分離的有害副產物。

Kan醫師說:

“與化學合成中使用的其他催化劑相比,這種鐵基遺傳編碼的催化劑無毒,便宜且易於改性。新的反應也可以在室溫和水中進行。”

在《星際迷航》原始系列中,柯克船長和團隊成員遇到了高度智能的矽基物種霍塔。它就像我們在空氣中移動一樣容易穿過堅硬的岩石。這種生命形式是女性,生活在費德拉蒂下方的Janus IV行星中必贏老虎機在採礦設施上。圖片:memory-alpha.wikia.com)

合成矽碳鍵時,經常使用貴金屬和有毒溶劑。這需要額外的處理以去除不需要的副產物,這增加了製造這些化合物時的成本。

關於使用矽獨自發展的生命前景,阿諾德教授說這取決於自然。

阿諾德教授說:

“這項研究表明大自然能夠很快適應新挑戰。當我們以人工選擇的形式提供新試劑和適當的誘因時,細胞的DNA編碼催化機制可以迅速學習以促進新的化學反應。”

“如果她關心的話,自然本來可以做到的。”

引文: “用於形成碳-矽鍵的細胞色素c的定向進化:將矽帶入生活,” S. B. Jennifer Kan,Russell D. Lewis,Kai Chen和Frances H.Arnold。 科學11月25日出版。 354,第6315期,第1048-1051頁。 DOI:10.1126 / science.aah6219。

視頻–使矽栩栩如生

這個 加州理工學院 視頻解釋了研究人員如何說服生物體建立我們所不知道的自然界中存在的化學鍵。他們的發現可能會改變藥物和其他化學品的未來生產方式。