在宇宙的某个角落,会有金属演变出的生物哐当作响吗?也许吧。在英国格拉斯哥大学实验室,有人试图证明,以金属为基础的生命是可能的。
采用含有金属的巨型分子,他已经成功地制成细胞状泡沫,并赋予它们一些类似生命的属性。他现在希望,诱使它们演变成完全无机的自我复制实体。
“我100%相信,在有机生物学之外,我们也可以让进化起作用,” 格拉斯哥大学李•克罗宁(Lee Cronin)说。他的基础材料是“多金属氧酸盐”(polyoxometalates),是由一系列金属原子制成,最近采用的是钨,用它们连接氧和磷。只需简单地把它们混合在溶液中,就可以让它们自我组装,形成细胞状球体。
克罗宁和他的小组开始制作盐,是采用大型金属氧化物中带负电荷的离子,键合带正电荷的小离子,如氢或钠。这种盐溶液被喷射到另一种盐溶液中,就是用带正电荷的大型有机离子绑定到带负电的小型离子制成的盐溶液。
当这两种盐相遇时,它们交换成分,大型金属氧化物最终与大型有机离子耦合。这种新的盐不溶于水:它在注入的溶液周围沉淀为壳。
克罗宁把所产生的泡沫称为无机化学细胞,或iCHELLs,并说它们远不只是奇特。通过改进其金属氧化物的骨干,他可以让这些气泡具有天然细胞膜的某些特征。例如,氧带有孔,作为其结构的一部分,就变成了多孔膜,这就可以有选择地根据尺寸大小,让化学品进出细胞,就像生物细胞的细胞壁一样。有这一属性,这种膜就可以控制发生在内的化学反应的范围,这一属性是特化细胞的一个主要功能。
该小组还在气泡内制成气泡,创建分隔,模仿生物细胞内部结构。更妙的是,他们已经开始用设备渗透这种无机化学细胞,进行光合作用,使一些氧化物分子连接光敏染料。克罗宁说,早期的研究结果表明,他可以创造一个膜,受到光照时,就把水分解成氢离子,电子和氧,这就是光合作用的最初步骤。
克罗宁说,“我们也有迹象表明,我们可以激发质子穿过细胞膜,”形成质子梯度,这是利用太阳能源的另一个关键阶段。如果能整合所有这些步骤,克罗宁就能创造出一种自供电细胞,带有植物代谢的成分。
这还是在初期;其他合成生物学家现在还持保留意见。克罗宁的泡沫永远不会真正像生命一样,除非它们可携带像DNA的东西,驱动自我复制和进化,西班牙瓦伦西亚大学(University of Valencia)的曼努埃尔•泡卡(Manuel Porcar)说。这在理论上是可能的,他说,“但我无法想象,他们将采用什么样的系统。”克罗宁也不知道,但去年他表明,他可以让多金属氧酸盐彼此用作基质,进行自我复制。
在一个雄心勃勃为期7个月的试验中,克罗宁现在可以大规模生产泡沫,注入阵列状的试管和烧瓶,这些试管和烧瓶中充满了不同的化学物质,具有不同的pH值。他希望,这种混合环境将使最适合的气泡生存。“如果pH值过低,一些气泡溶解,那么这些液滴就应该已经死亡。”其他气泡可能持续和积累。从长远来看,真正的考验是,细胞是否可以改进自己的化学性质,以适应不同的环境。克罗宁暗示,他最新的研究可以证明这一点,但不愿透露更多细节。“我认为,我们刚刚展示的,是可以演变的第一个液滴”这就是他所说的。
如果克罗宁是正确的,那么外星生命的可能范围就扩大了。“有可能,那里有一些生命形态不是基于碳的,”东京大学的牟中原(Tadashi Sugawara)说,他不明白为什么不能。“水星上,这些物质都不同。可能存在无机成分形成的生物。”克罗宁可能还未能证明这一点,牟中原说,但是,“他指出了一个新的方向”。
金属制成生命细胞
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