Forskere: Liv baseret på silicium er muligt

Levende organismer, der kan skabe molekyler med kulstof-silicium bindinger, åbner for helt nye typer af liv - og billigere materialer.

Her har to kunstnere forestillet sig et levende væsen baseret på silicium-kulstof. Muligheden for den slags organismer et sted i universet, har forskere længe spekuleret over. (© Lei Chen and Yan Liang (BeautyOfScience.com) for Caltech)

Alt liv vi kender, er baseret på kulstof. Men forskere har længe spekuleret over, hvorfor vi ikke er stødt på organismer, der bruger silicium i molekyler - fordi silicium minder så meget om kulstof.

Nu har forskere ved California Institute of Technology dyrket bakterielle proteiner, der kan skabe molekyler, der kombinerer de to grundstoffer.

Kemikere har allerede konstrueret den type molekyler i laboratoriet, men det er første gang, at levende organismer har brugt silicium på den måde.

Kan erstatte syntetiske forbindelser

Forskningen er publiceret i denne uges Science og demonstrerer, at biologi kan bruges til at fremstille en række kulstof-silicium forbindelser på en mere miljøvenlig og billig måde. Organismerne kan blandt andet producere forbindelserne 15 gange hurtigere.

Den type forbindelser bruges fx i medicinindustrien, i kemikalier til landbruget, i maling, i computer-chips og i computer- og TV-skærme.

- Vi besluttede at få naturen til at gøre, hvad kun kemikere var i stand til - bare bedre, siger Frances Arnold, der er professor i biokemi ved Caltech i en pressemeddelelse.

Liv baseret på silicium

Studiet er dog også det første eksempel på, at naturen kan bruge silicium i kulstofbaserede molekyler, som alt liv vi kender baseres på.

Ideen om silicium-baserede livsformer har pirret både forskere og science fiction-forfattere i årevis, for det åbner for muligt liv på steder, hvor kulstof ikke forekommer i høj nok grad - men hvor der til gengæld er masser af silicium.

Kulstof og silicium er nemlig kemisk set meget ens. De kan begge danne kemiske bindinger med fire atomer samtidigt, hvilket gør dem oplagte til at skabe de lange kæder af molekyler, som proteiner og DNA består af.

- Ingen kendte levende organismer bruger silicium og kulstof sammen, selvom silicium er vidt udbredt overalt omkring os, i sten og på stranden, siger Jennifer Kan, som er post. doc. i Arnolds laboratorium og hovedforfatter på den videnskabelige artikel.

Efter ilt er silicium det næstmest udbredte grundstof i Jordens skorpe.

Arnold ProteinAnimation 13sec

Styret evolution er kunstig udvælgelse

Forskerne brugte en teknik kaldet styret evolution til at skabe bedre enzymer i laboratoriet. Frances Arnold var en pioner indenfor feltet i 1990'erne, og metoden gør det muligt at "avle" på enzymer, ligesom man gør med fx væddeløbsheste eller hunde, så enzymerne får nogle ønskede egenskaber.

Den bakterielle væddeløbshest, som forskerne tog udgangspunkt i, var et protein, som produceres af nogle særlige bakterier, der lever i nogle varme kilder i Island.

Og efter at have avlet på proteinet tre gange lykkedes det at lave et enzym, der kunne skabe forbindelser af silicium-kulstof 15 gange mere effektivt end de bedste kemiske katalysatorer, vi kender i dag.

Det mest interessante spørgsmål er dog måske stadig, om den slags organismer ville kunne opstå naturligt. Og til det svarer Frances Arnold:

- Det her forskningsprojekt viser, hvor hurtigt naturen kan tilpasse sig nye udfordringer. Cellernes DNA-programmerede maskineri kan lynhurtigt lære at udnytte nye kemiske reaktioner, når vi tilfører reagenser og den nødvendige tilskyndelse via kunstig udvælgelse, siger hun.

- Naturen kunne have gjort det her selv, hvis hun ønskede det.

Bringing Silicon to Life: Scientists Persuade Nature to Make Silicon-Carbon Bonds