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

[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]

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]

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.

[grihanm.livejournal.com]

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

[feanoturi.livejournal.com]

1. Да, случайность, просто связанная с близостью геометрии двух анионов

2. в сформировавшейся живой ткани вряд ли - физиологическое значение рН протеино-нуклеиновой формы жизни в основном уходит в кислые области, что увеличивает растворимость "голых" катионов металлов и оксокатионов металлов, а вероятность осаждения кремния наоборот увеличивает

[grihanm.livejournal.com]

2. Это хорошо объясняет, почему кремний не включается в существующую биохимию, но не объясняет, почему изначально соответствующая биохимия не получилась в процессе абиогенеза.

Связывать кремний как это делают диатомы - совсем не тяжело. Таким или подобным структурам наверняка нашлось бы применение и на заре жизни.

[feanoturi.livejournal.com]

с абиогенезом дело да, темное, опять же непонятно, почему в туевой хуче металлоферментов оксидоредуктаз работает молибден, а не хром при том, что потенциалы окисления/восстановления у них почти совпадают, но при этом молибдена в земной коре почти в 100 раз меньше

[grihanm.livejournal.com]

Емнип в том числе и этот факт сподвигнул великого Крика выдвинуть идею панспермии :)

[haritonoff.livejournal.com]

А зечем нам обязательно животные, да еще и высшие, если речь в посте о диатомовых водорослях как чуть ли не единственном исключении? Что касается высших животных - то кремний вроде участвует в синтезе человеческих эластина и коллагена, нет?

[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?

[haritonoff.livejournal.com]

Мути, может и много - спорить, не буду, я не вчитывался ) Так, нагуглил статью пообширнее. Но и правильные вещи там есть.

И что вы о кремниевых губках так пренебрежительно - "пара видов" - их же полно http://www.apus.ru/site.xp/055057049055.html , а раньше еще больше было.

[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".

[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.

[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.

[betain.livejournal.com]

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

[profi.livejournal.com]

А в "Кристалле" тоже было про кремний? Как-то он у меня в голове не застрял, в отличие от Днепрова.

[betain.livejournal.com]

Про кремний, только не о превращении живых существ в кремнеорганические.
Речь шла о силицидах, разбившихся когда-то давно на земле.
Книжка была моя личная, поэтому я хорошо ее помню, а Днепрова, к сожалению, не читал.

[profi.livejournal.com]

Да, сейчас вспоминаю. Вообще я фантаста Меерова запомнил по "Осторожно, чужие". Очень крепкая вещь, особенно в сокращенном варианте "Право вето".

Днепрова, наверное, сегодня читать невозможно. Это крепкая научно-техническая фантастика с неплохими приключенческими сюжетами. Но есть у него парочка выдающихся рассказов. "Когда задают вопросы", например. Да и "Глиняный бог", несмотря на его пионерский пафос, очень неплох.

[betain.livejournal.com]

Благодарю, будет время прочту :).

[profi.livejournal.com]

Всегда пожалуйста! :-) Мееров дружил с братьями Стругацкими, хотя потом БС в своем мемуаре отозвался о нем, как о фантасте, крайне пернебрежительно. ИМХО - незаслуженно.

А вот с Днепровым у АБС были напряженные отншения. Очень разными были. Сегодня это - история. Apropos, Вы ЖЗЛ-овскую книжку АБС Володихина-Прашкевича читали? Хорошая книга получилась. Я ее даже (фрагментарно) перечитал на днях.

[haritonoff.livejournal.com]

Так и соединения кальция хрупкие - и ничего )

[thrasymedes.livejournal.com]

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

[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) ну как зачем - тут интересно почему

2) если и участвует, то (по имеющимся данным) потому что может, а не потому что нужен