Leben, so wie wir es kennen, basiert stets auf Kohlenstoff. Das heißt aber nicht zwingend, dass Leben auch wirklich nur auf Kohlenstoffbasis entstehen kann. Gut, entsprechende Positionen werden vertreten, aber dann auch passend als Kohlenstoffchauvinismus bezeichnet. Denn tatsächlich ist es durchaus denkbar, dass andere Stoffe das Gerüst für Leben bauen. Ein Kandidat wäre beispielsweise Silizium, das ähnliche Eigenschaften aufweist wie Kohlenstoff. Silizium-basiertes Leben wird beispielsweise im Star-Trek-Universum thematisiert. Forschern des California Institute of California ist es kürzlich gelungen, lebendige Zellen dazu zu bringen, Kohlenstoff-Silizium-Verbindungen zu bilden und so zu beweisen, dass die Implementierung von Silizium in die Bausteine des Lebens möglich ist.


silizium

Silizium-basiertes Leben: In der Theorie möglich

Kohlenstoff-Silizium-Verbindungen sind nicht neu. Sie finden sich beispielsweise in Farbe oder in Halbleitern. Aber all diese Verbindungen wurden bisher künstlich erzeugt – ein Nachweis in der Natur bzw. in lebenden Zellen gelang bisher noch nicht. Die Zellexperimente des Team könnten uns helfen, mehr bezüglich Silizium-basierten Lebens zu verstehen.


Silizium ist nach Sauerstoff das am meisten vorhandene Element in der Erdkruste. Diese Tatsache in Verbindung mit der Tatsache, dass das Element ähnliche Eigenschaften wie Kohlenstoff aufweist. Theoretisch müsste es eigentlich möglich sein, dass sich auch auf der Erde Silizium-basiertes Leben entwickelt. Sowohl Silizium als auch Kohlenstoff können Bindungen mit jeweils vier Atomen ausbilden, was sie ideal für langkettige Konstrukte wie DNA oder Proteine macht. Zwar sind langkettige Siliziumverbindungen deutlich starrer und unflexibler als solche aus Kohlenstoff, aber dies steht der Bildung von Silizium-basierten Leben nur bedingt entgegen. Dennoch sind derartige Lebensformen lediglich aus dem Star Trek Universum bekannt.

No living organism is known to put silicon-carbon bonds together, even though silicon is so abundant, all around us, in rocks and all over the beach„, so Jennifer Kan von CalTech.

Methode ist effizienter als jeder künstliche Ansatz

Kan und der Rest des Teams mussten deutlich auf die Zelle einwirken, um die Bindung zwischen Silizium und Kohlenstoff auszubilden – die Zelle war also nicht in der Lage, dies von selbst zu tun. Mit Hilfe eines Bakteriums namens Rhodothermus marinus brachten die Forscher E.coli-Bakterien dazu, die Bindungen auszubilden. Dennoch beweist das Experiment, dass solche Verbindungen sich unter den richtigen Bedingungen auch in der Natur formen können. „After three rounds of mutations, the protein could bond silicon to carbon 15 times more efficiently than any synthetic catalyst„, erklärt Aviva Rutkin, die an dem Experiment beteiligt war.

Neben dem Beweis, das Silizium-basiertes Leben möglich ist, kann die Methode der Forscher auch angewendet werden, um in der Industrie benötigte Kohlenstoff-Silizium-Verbindungen effizienter herzustellen.

Via ScienceAlert

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