Bilimciler canlı hücreleri karbon-silikon bağı yapmaya sonunda ikna etti. Böylece, dünyada en bol bulunan elementlerden biri olan silikonun, doğa tarafından hayatın yapı taşlarına dahil edebileceği ilk kez gösterilmiş oldu. Araştırmanın ayrıntılarına geçmeden önce olası bir kavram kargaşasının önlemini alalım: Burada "silikon" (İng. silicon) sözcüğü ile periyodik tablonun 14.elementinden, yani diğer adıyla silisyumdan söz ediyoruz. Dilimize yine "silikon" (İng. silicone) olarak giren ve oksijen, silisyum gibi çeşitli elementlerden oluşan bir sentetik polimerden (mutfak gereçlerinin ve vücut implantlarının yapımında ya da akvaryumların kenarlarında kullanılır) söz etmiyoruz.

Kimyacılar, daha önce karbon-silikon bağları elde etmeyi başarmıştı. Boyalar ve yarı iletkenlerden tutun da, bilgisayar ve televizyon ekranlarına kadar her alanda bunun örnekleri kullanılıyor. Ancak şimdiye kadar doğada bu bağlara hiç rastlanamamıştı. Dolayısıyla bu yeni hücreler, evrenin başka yerlerinde silikon temelli yaşam olma olasılığını gündeme getirmelerinden ötürü heyecan yarattı.

Silikon, Dünya'nın kabuğunda oksijenden sonra en bol olan ikinci elementtir ama biyolojik yaşamla ilgisi bulunmaz. Silikonun neden Dünya'daki hiçbir biyokimyasal sürece dahil olmadığı, bilimciler için uzun süredir devam eden bir bulmaca idi. Çünkü kuramsal olarak, silisyum temelli yaşam biçimlerinin gezegenimizde evrilmesi de, karbon temelli bildik yaşam formlarının evrilmesi kadar kolay olmalıydı.

Hem karbon hem de silisyum Dünya'nın kabuğunda bol miktarda bulunur ve bu tek ortak özellikleri değildir. Ayrıca her iki element de kimyasal yapı bakımından çok benzer. Karbon ve silikonun paylaştığı en önemli özelliklerden biri, aynı anda dört atomla bağ oluşturabilme becerileridir. Bu, hayatın temelini oluşturmak için gerekli uzun molekül zincirlerini, yani proteinleri ve DNA'yı bağlantılayabilecekleri anlamına gelir. Buna rağmen silikon temelli yaşam biçimlerine rastlamıyoruz.

Caltech araştırmacılardan biri olan Jennifer Kan, "Silisyum-karbon bağlarını bir araya getiren hiçbir canlıya rastlanmıyor; hem de silikon her tarafta çok bol olmasına rağmen," diyor. Kan ve ekibi, canlı hücrelerin karbon-silikon bağlar yapmalarını sağlamada büyük rol oynadı. Bu, bir hücrenin kendi başına kolayca yapabileceği bir şey değildi. Ancak deney, doğru koşullar gerçekleştiği takdirde, bu bağların doğada oluşabileceğini kanıtlıyor.

Canlı Hücreler Karbon-Silikon Bağ Oluşturdu

Araştırmacılar, İzlanda'nın kaplıcalarında kaynaşan Rhodothermus marinus bakterisinde doğal olarak bulunan bir proteini yalıtarak işe başladılar.  Sitokrom c enzimi adı verilen bu proteini çok sevmişlerdi, çünkü asıl rolü elektronları hücreler taşımak olmakla birlikte, laboratuvar testleri ayrıca silikon atomlarını karbon atomlarına bağlayabilecek türdeki bağları kolaylaştırabileceğini ortaya koydu.

Bu protein izole edildikten sonra, ondan sorumlu olan gen bir miktar E. coli bakterisine aktarıldı ve karbon-silikon bağlarının canlı hücre içinde kurulmasını sağlayıp sağlayamayacağına bakıldı. Bu silikon tekniğiyle üretilen bakterilerin ilk nesli pek birşey beceremedi. Ancak ekip çok ilginç bir durum gerçekleşene dek, E. coli genomundaki belli bir bölgede bulunan protein genini mutasyona uğratmaya devam etti. Aviva Rutkin şöyle anlatıyor: "Üç tur mutasyon sonunda protein, silikonu karbona herhangi bir sentetik katalizörden 15 kat daha verimli bir şekilde bağlayabilir duruma geldi."

Bu bakterilerin laboratuarda kimyagerlerin yapabileceğinden daha verimli bir şekilde karbon-silikon bağları üretmek üzere tasarlanmış olması iki nedenden dolayı heyecan verici. Birincisi, farmasötik maddeler, tarımsal kimyasallar ve yakıt gibi şeyler üretmek için gereken karbon-silikon bağlarının yapılabileceği daha iyi bir yol sunuyor. İkincisi, bir yaşam biçiminin potansiyel olarak en azından kısmen silikon bazlı olabileceğini ve eğer araştırmacılar bu türde bakteriler yetiştirmeye devam ederse, neye benzeyeceklerini daha iyi anlayabileceğimize işaret ediyor.

Ekip üyelerinden Frances Arnold basın açıklamasında şunları ifade etti: "Bu çalışma, doğanın yeni zorluklara nasıl hızla uyum sağlayabileceğini gösteriyor," dedi. "Hücrenin DNA tarafından kodlanmış katalitik mekanizması, yeni reaktifler ve yapay seçilim şeklinde uygun teşvikler verdiğimiz zaman yeni kimyasal reaksiyonlar geliştirmeyi hızla öğreniyor. Doğa istese bunu kendisi de yapabilirdi."