Загадочный элемент

[grihan]

В различных биохимических процессах человеческого организма участвует чуть-ли не половина таблицы Менделеева. У нас есть фтор в зубах, йод в щитовидке, кальций и в костях, фосфор в ДНК, железо в гемоглобине, сера в двух аминокислотах, магний, бор, селен, хром, марганец, кобальт, никель, цинк, молибден, стронций и ещё чего-то там в энзимах. И при этом чиорд побьери там натурально почти нет КРЕМНИЯ. (upd: если крысам (и людям тоже) давать еду без кремния - им будет херово. Но почему именно - неизвестно)



Что, никто не удивлён? А зря. В таблице кремний сидит прямиком под углеродом, который как известно главный элемент живого. С углеродом кремний делает довольно прочные связи, и ни сам по себе, ни в большинстве известных соединений вовсе не обладает какой-либо токсичностью, есть несколько кремнесодержащих лекарств разрешённых FDA. Более того, это второй по распостранённости (после кислорода) химический элемент на Земле. Неужели молекулы, постепенно самособираясь в первую клетку в лужице первичного бульончика, умудрились пренебречь элементом, которого вокруг как грязи? То есть кoторый собственно и является грязью?



А ведь кремний умеет много чего, чего углеро почти икогда не умеет - например легко давать пяти и шести координационные структуры, кремний может индуцировать некоторые органические реакции, как никто кроме него, имеет физические свойства, которые вовсю используются в полупроводниках, солнечных батареях, разделительных колоннах, итд, итп - полезная штука вобщем полюбому.


Пример реакции гексавалентного кремния отсюда
Углерод так не умеет

Может быть есть какая-то фундаментальная особенность, которая не даёт природе интегрировать его в биохимию? Как будто специально чтоб посмеяться над нами, тому существует почти единственное в своём роде опровержение: диатомные водоросли. Эти мелкие твари, составляющие вообще-то основную массу фитопланктона, умеют биохимически полимеризовать кремниевую кислоту и делать из неё себе красивейшие силиконовые сиськи панцири. (upd 2) Кроме них это умеют делать ещё 75% видов губок и парa видов радиолярий. Ещё кремний ограниченно используется в некоторых растениях. Вроде всё.


Разнообразие панцирей диатомей, иллюстрация из книги
Эрнста Геккеля «Kunstformen der Natur», 1904

Согласно имеющимся данным, диатомы эволюционировали из красных водорослей то ли в мелу, то ли в юрском периоде, то ли сами развив биохимию силики, то ли позаимствовав у кого-то соответствующие гены. В любом случае, скорее всего умение эффективно связывать соединения кремния распостранилось гораздо позже, чем скелеты из кальция. А то не исключено, что сегодня мы бы сами себе натурально наращивали силикон.

А ещё мне кажется, что отсутствие в природе развитой биохимии кремния является сильным аргументом в пользу того, что жизнь таки занесло на Землю метеоритами. Или инопланетянами.

Comments

[haritonoff.livejournal.com]

Кремний дохрена участвует в метаболизме животных и еще больше растений. Хороший обзор например тут: http://www.inbi.ras.ru/ubkh/41/kolesnikov.pdf

[grihanm.livejournal.com]

Чота я очкую... Я на самом деле проработал в (довольно ведущей) группе кремнеорганической химии почти 10 лет - тут чота както нечисто...

Вполне возможно что кремний находится повсюду и в живых организмах тоже, но роль в биохимии высших животных никак не определена и он не считается необходимым элементом питания - в этом я уверен.

В ссылке ещё напрягают упоминания гомеопатии и изобилие довольно старых ссылок на русскоязычные журналы.

Я немного поправлю, но пока меня не переубедили, сорри.

[grihanm.livejournal.com]

(Продолжаю читать) это на самом деле ужас - там очень много мути... брррр...

[feanoturi.livejournal.com]

В ДНК ощутимое количество дезксирибоз (что-то около 0,02-0,05%) связано не остатком ортофосфорной кислоты, а остатком ортокремниевой, ибо оные остатки изоморфны

ну а интеграцию кремния в биохимию затрудняют две проблемы - низкая растворимость (на бытовом уровне - нулевая) диоксида кремния в воде и отсутствие возможности таутомерии H-Si=O - >Si-OH, которая для тонкой биохимии важна

[grihanm.livejournal.com]

1. Это вполне может быть нейтральной случайностью, а не необходимой функцией.

2. Я не предлагаю заменить углерод кремнием. Он вполне мог, просто даже обязан был стать важным микроэлементом в каком-либо процессе, как металлы, бор, селен, которых обычно ещё меньше в воде. Но не стал.

[haritonoff.livejournal.com]

>В любом случае, скорее всего умение связывать соединения кремния появилось гораздо позже, чем скелеты из кальция.

Сколько (в %) ионов кальция в морской воде и сколько ионов кремния?

[grihanm.livejournal.com]

У меня в голове не сидит, быстро не нагуглилось, а в справочники лезть сильно западло :) Интуитивно растворимость Са2+ (сильно зависит от каунтериона) вероятно сравнима с H2SiO42-. В смысле доступности для организмов сильных различий думаю нет.

Сколько силики растворено сейчас тоже не знаю, вероятно гораздо меньше чем кальция. Однако диатомам и губкам хватает + сейчас отношение не может не отличаться от того, что было миллиарды лет назад.

[profi.livejournal.com]

1. вскоре после того, как я произвел минимум двести анализов, я
вдруг сделал открытие: получал ли я чистые вещества от Шварца или "грязь" от
Пуассона, я почти всегда обнаруживал кремний. Кремний в сочетании с другими
элементами назойливо фигурировал почти везде. То он входил в кислотный
остаток, то в радикал органического соединения, то встречался в качестве
комплексного иона в сочетании с другими элементами, но кремний был почти
всегда. Я сказал - почти, потому что было несколько анализов, в которых
кремний не обнаруживался, но зато там обнаруживался другой элемент четвертой
группы периодической системы Менделеева - германий.
Это было важное открытие, и я сделал его совершенно самостоятельно. Оно
чуть-чуть, как мне показалось, приблизило меня к ответу на мучивший меня
вопрос: чем занимаются здесь немцы. Когда же я убедился, что здесь исследуют
соединения кремния, мне вдруг все стало еще менее понятным, чем раньше. Как
химик, я знал свойства кремния и его соединений. Я мысленно перебирал в
своей памяти многие из них, и они, как я был почти уверен, не могли
представлять большого интереса. Соединения кремния - это песок, это
различные твердые минералы - кварцы, граниты, шпаты, это стекло, жидкое и
твердое, это материалы для режущих инструментов, вроде карборунда. Кремний -
это различные силикатные изделия: кирпич, фарфор, фаянс... Все это
давным-давно известные вещи. Стоило ли забираться в пустыню, чтобы тайком от
всего мира, исследовать соединения кремния?

А. Днепров. "Глиняный бог". Читали в детстве? :-)

2. Выбор эволюции между углеродом и кремнием мог быть совершенно случайным. А мог быть и НЕ случайным. Возможно предполагаемая биохимия кремния требовала слегка (или не слегка) другого температурного диапазона чем тот, который был в наличии на тот момент. Или радиохимические особенности какие-то были. А что насчет основанного на кремнии фотосинтетического аппарата? Все работатет так же, с той же эффективностью? Или?.. Ну и т.д. Картина настолько широкая и глубокая, что мы, конечно, можем недоумевать (почему не кремний?), но все равно это не может быть основанием для приянтия гипотезы об "импорте жизни".

[betain.livejournal.com]

Я на эту тему из детства помню "Сиреневый Кристалл", (А.Мееров).

[konevin.livejournal.com]

Так и есть.Жизнь или ей подобное явление может быть реализована во Вселенной в виде ряда,где первый ПРОСТОЙ вариант есть углерод и вода,второй более сложный(требующий чуть более энергии)кремний и метан,потом...В начальных условиях Земли участвовали углерод и кремний(возможно на более ранних ступенях и германий)По мере уменьшения свободной энергии шансы резко падали в сторону углерода.Ну а водоросли эти сумели сохранить кремниевый вариант но ушли в особую нишу.
Вселенная напичкана жизнью всех видов.Кристаллы принципиально имеют все фундаментальные свойства жизни вплоть до борьбы за существование.
Life is not characterized by any special properties but by definite,specific COMBINATION of these properties. J.D.Bernal.

[grihanm.livejournal.com]

1. Нет к сожалению

2. Я не требую от кремния заменять углерод, он таки его неспособен заменить по многим причинам, но его полное отсутствие в каких-либо биохимических циклах ОЧЕНЬ странно.

3. Есть на мой взгляд достаточно причин предполагать, что жизнь таки была как минимум отчасти занесена на землю извне. Даже с точки зрения бритвы О. Эта гипотеза как минимум равноценна гипотезе развития жизни с нуля на самой земле.

[anansie.livejournal.com]

Кремний достаточно хрупкий, нет? А вот иметь кости из титана было-б неплохо. Если не кости, то хоть суставы. Наши как-то совсем снашиваются.

[haritonoff.livejournal.com]

Так и соединения кальция хрупкие - и ничего )

[grihanm.livejournal.com]

Бедная :(

А ваще:

Если бы да кабы,
да во рту росли грибы,
а в носу марихуана,
а на венах героин :)))

[andresol.livejournal.com]

А еще алюминий никак не участвует, а его тоже много. То, что кремний не входит в состав ферментов, возможно, не так удивительно, но вот строить из него кости было бы весьма разумно.

Однако же думаю, что должна быть химическая причина, а не "космическая". Если жизнь была занесена из вне, то в простейшем, одноклеточном виде. Вряд ли у таких организмов уже были все современные биохимические штуки, а вот несколько миллиардов лет на то, чтобы приспособиться к геохимии новой планеты у них были.

[grihanm.livejournal.com]

Алюминия на земле гораздо меньше.

Ага

[thrasymedes.livejournal.com]

" Силицилловая кислота " это silicic acid, то есть кремниевая по-русски ?

[grihanm.livejournal.com]

Да, вы правы - у меня в голове путаница с английскими и русскими терминами

[clayrat.livejournal.com]

Геккель кстати вообще сильно фанател по диатомам
у него отдельно есть трехтомник иллюстраций с ними

[grihanm.livejournal.com]

Его можно понять :)

[oblomov-jerusal.livejournal.com]

Может, дело в том, что кремния почти нет в растворимых в воде соединениях?

[grihanm.livejournal.com]

есть

[monotropa.livejournal.com]

Мне кажется, все проще и дело не панспермии. На Земле не существует элементного кремния, а для того, чтобы восстановить оксид нужно приложить значительные усилия, недоступные живым организмам внутри.
Я вот химик-органик с довольно большим опытом, а не могу припомнить навскидку ни одной реакции, где бы использовался кремний, хотя условия известных органических реакций самые разнообразные, включая давление, температуру, растворители, свет. Ну все есть, фосфор, азот, селен, любые металлы, даже сера, соединения ксенона. Как катализаторы, реагенты, меняющие степень окисления или не меняющие. SiO2 - это кирпич, булыжник, он не вступает в реакции, он ни в чем не растворяется, кроме плавиковой кислоты, но фториды кремния - это еще больший булыжник. Ну сродство у кремния к кислороду и фтору такое, что ему по барабану любые другие реакции. Если бы в АТФ вместо фосфата был бы силикат, то непонятно, как бы он - нерастворимый - существовал бы в клетке. Была бы щелочная среда - тогда бы не могли существовать известные нам клеточные мембраны из углерода. В общем, если бы да кабы...
Не выдумывайте.

[grihanm.livejournal.com]

"а не могу припомнить навскидку ни одной реакции, где бы использовался кремний"

ой!

"нужно приложить значительные усилия, недоступные живым организмам "

Расскажите это губкам и диатомам.

"Не выдумывайте."

Эти слова явно лишние. Вы ещё Френсису Крику скажите, чтоб не выдумывал.

[burduh.livejournal.com]

А можно и так:

Миллиарды лет назад.
Вступили в борьбу братья углерод и кремний за обладание красавицей Жизнью (кислородом) и внесение их имен в анналы органической химии. И победил углерод, но кремний не забыл и не простил. Затаился, приманивая прохожих песчаными пляжами да витражными стеклами.

10 тысяч лет - 20 век
Постепенно его дети захватывали Землю, получив прозвище пирамид, а затем и городов из стекла и бетона. Бусы, понятное дело, тоже появлялись неспроста)

Середина 20 века, неизвестная лаборатория...
И вдруг кто-то придумал использовать кремний в компьютерах. И понеслось.
Очень скоро компьютеры поняли, как использовать людей для воспроизводства себя.

Наши дни
Имена агентов кремниевой революции знает каждый - Джобс, Гейтс, Цукерберг... Появилась первая территория на планете, официально признавшая кремний - разрастающаяся, подобно опухоли, Кремниевая долина, семена которой попытались привить и Евразии под именем Скол Ково.
Появляются первые гибриды человека и кремния - хипстеры с айфонами, набирает силу движение оккупайцев...

2045
Трансгуманизм (именно так называлась доктрина "мягкой силы", примененная хипстерами для захвата власти) официально становится мировым трендом. Несовершенства биологических организмов все нагляднее проступают в сравнении с Гуглопоколением...
Углеродная жизнь все больше становится лишь кормовым ресурсом для кремниевых образований (Матрица со Скайнетом икают в этом месте)...

Но углерод не забудет и не простит.
Ведь бриллианты вечны)

:)))

[grihanm.livejournal.com]

Мне кажется ещё забавнее посмотреть на такой сценарий с перспективы силиконовых имплантов :)))

Зачем диатомы? Вот обычная кÑ�

[zloradskij.livejournal.com]

Угадай, из чего иголки. :)

Re: Зачем диатомы? Вот обычная Ð�

[grihanm.livejournal.com]

Вот знал, что порадуешь! А то защищаешь блеать восемь сцуко лет пиэйчди по химии кремния, и уверен что твой проф чота в ней понимает, а вот хуй.

Хотя посыл поста это не отменяет, бо типичнейший пример позднего включения силики в биохимию :)

[monotropa.livejournal.com]

>ой!

Расскажите, чтоб знал.

>>"нужно приложить значительные усилия, недоступные живым организмам "

>Расскажите это губкам и диатомам.

А чего рассказывать? Они что, кремний восстанавливают? Оксид перерастворяют, и всех делов, это известно.

Вы чего-то неправильно прочли в моем посте, так что действительно, не выдумывайте. Да, а вы не Френсис Крик, и не Иседора Дункан :)

[grihanm.livejournal.com]

"Расскажите, чтоб знал."
Простите, но если вы действительно химик органик - уверен вы сами сможете найти органические реакции, работающие только с кремнёвыми группами. Вообще-то если вы действительно химик органик - вы их уже должны знать. И даже если вы по какой-то нелепой случайности их не знаете, то постеснялись бы спрашивать в таком тоне, предварительно не поискав в учебниках. То есть вы либо не химик органик, либо очень плохой химик органик. В обоих случаях мне не очень интересно вас просвещать.

Есть ещё вариант - что вы новый в жж и вообще в виртуале и просто не чувствуете собеседника, не осознаёте как следует беседовать с незнакомыми людьми в виртуале. В таком случае возвращайтесь когда натреннируетесь.