실리콘 기반 생명체의 불안정성

1. 기본 설명

이것이 실리콘 기반 생명체의 가능성을 배제하지는 않지만, 다량의 액체 물이 있는 행성에서는 확실히 실리콘 기반 생명체가 제외됩니다.

생물학적 관점에서 볼 때 실리콘 기반 생명체를 발견할 가능성은 희박하다. 그러나 실리콘 기반 생명체는 공상 과학 소설에서 매우 인기가 높으며 SF 작가들의 많은 설명은 실리콘 기반 생명체에 대한 많은 유용한 아이디어를 제시할 것입니다.

Stanley Weisbaum의 "A Martian Odyssey"에 나오는 생명체는 100만 년 되었고 10분마다 벽돌을 쌓고 있습니다. 이것이 바로 실리콘 기반 생명체가 직면한 큰 질문 중 하나에 대한 Weisbaum의 대답입니다. 기사에 실린 관찰 과학자들은 다음과 같이 관찰합니다. "벽돌은 폐기물입니다... ... 우리는 탄소로 만들어졌고, 우리의 폐기물은 이산화탄소이며, 이것은 실리콘으로 만들어졌고, 그 폐기물은 실리카이지만 실리카는 고체입니다. 그래서 그 안에 자신을 덮고, 덮히면 새로운 곳으로 이동하여 다시 시작한다."

2. 실리콘 기반 생명체의 화학반응

큰 결점 실리콘과 산소의 결합은 매우 강합니다. 지구상의 생명체가 호흡하는 동안 탄소가 산화되면 유기체에서 쉽게 제거되는 폐기물인 이산화탄소 가스가 형성됩니다. 그러나 실리카가 처음 형성될 때 결정 격자가 형성되기 때문에 실리콘의 산화는 고체를 형성합니다. 이때 실리콘 원자 하나하나가 4개의 산소 원자로 둘러싸여 있게 된다. 이러한 고체 물질의 폐기는 실리콘 기반 생명체의 호흡 과정에 큰 변화를 가져올 것이다. . 실리카는 물이나 다른 액체에 용해되기 어려운 원자 화합물입니다.

실제로 규소 기반 생명체가 사는 행성에 불화수소가 있다면 이 가스를 완전히 흡입해 이산화규소와 반응해 사불화규소(가스)를 내뿜어 물을 배출할 수 있고, 실리콘 기반 식물은 '광합성'을 통해 사불화규소, 물, 빛을 흡입하고 일련의 반응을 거쳐 불화수소를 생성하며, 이는 다시 대기로 배출되어 '실리카 전분'을 생성합니다. 그러나 실리콘 기반 식물의 '광합성'에 대해서는 아직 구체적인 타당성 논의가 이뤄지지 않고 있다.

이산화규소가 기체 사불화규소를 생성하는 반응식은 다음과 같습니다.

SiO2(s) + 4 HF(aq) → SiF4(g) + 2H2O(l)

생성된 SiF4는 과량의 HF와 계속 반응하여 불화규산을 생성할 수 있습니다.

SiF4(g)+2HF(aq)=H2[SiF6](aq), 6HF+ SiO2= H2SiF6+2H2O 불화 규산은 이성분 강산입니다. 불화규산은 황산보다 더 산성이며 가열하면 분해되어 유독한 불소 가스를 방출합니다. 부식성이 높습니다.

실리카가 물에 녹지 않는다고 생각하는 사람들도 있습니다. 분말 형태의 실리카는 물과 반응하여 오르토규산을 형성할 수 있습니다. 실리카는 촉매 작용으로 물과 반응할 수도 있습니다. H2O + SiO2=H2SiO3 (규산) 2H2O + SiO2=H4SiO4 (물이 과하면 오르토규산이 생성됩니다.)

불화수소는 규소 기반 유기체와 규소 기반 생명체에 독성이 있으며 파괴할 수 있습니다. 규화물. 불화수소는 불화수소산이라고도 합니다. 부식성이 매우 강하며 실리콘이 포함된 물체를 강하게 부식시킬 수 있습니다. 이는 규소 및 규소 화합물과 반응하여 기체 사불화규소(유리를 부식시킬 수 있음)를 형성하지만 플라스틱, 파라핀, 납, 금 및 백금에는 부식 효과가 없습니다. 수산화나트륨은 실리카와 반응하여 규산나트륨을 형성할 수 있습니다. 규산나트륨은 물에 쉽게 용해됩니다. 실리콘 기반 생명체는 몸에서 규산나트륨을 제거할 수 있습니다.

불화수소는 실리콘 기반 생명체의 피부를 매우 자극하고 부식시킵니다. 불산의 수소 이온은 실리콘 기반 생체 조직에 탈수 및 부식 효과를 가지며, 불소는 반응성이 가장 높은 비금속 원소 중 하나입니다. 피부가 불산과 접촉한 후 불소 이온은 계속해서 해리되어 깊은 조직으로 침투하여 세포막을 용해시켜 표피, 진피, 피하 조직, 심지어 근육층의 액화 및 괴사를 유발합니다. 불화물 이온은 또한 에놀라제의 활성을 방해하고 피부 세포의 산소 흡수 능력을 억제할 수 있습니다.

실리콘 기반 생명체는 불화수소의 독성을 제거하기 위해 특수 촉매를 사용할 수 있습니다. 이 촉매는 불화수소가 실리카와만 반응하도록 합니다. 지구상에는 유황박테리아라는 일종의 유기체가 있습니다. 이 유기체는 묽은 황산에서 살 수 있으며, 성장을 위한 최적 pH 범위는 pH 2~3입니다. 대부분의 유기물은 황산에 의해 쉽게 파괴되는데, 유황박테리아는 촉매를 생성하여 황산에 의해 자신이 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 실리콘 기반 유기체는 불화수소에 의해 파괴되는 것을 방지하는 촉매를 생성할 수도 있습니다.

실리콘 기반 생명체는 이산화탄소와 이산화황을 호흡할 수 있습니다. 화학 방정식: (메틸실란과 이산화황의 반응) 2SiH3CH3+7SO2=2CO2+2SIO2+7S+H2O (테트라메틸실란과 이산화황의 반응) Si(CH4)+9SO2=4CO2+SiO2+9S+H2O

실리콘-실리콘 단일 결합(Si-Si)이 불안정하기 때문에 디실란(SiH3-SiH3)은 불안정합니다. 디실란(SiH3-SiH3)은 탄화수소보다 불안정하며, 저온에서 서서히 모노실란과 수소로 분해되고, 300~500°C에서는 SiH4, SinHm, H2로 분해되며, 빛에서도 분해됩니다.

실리콘은 헤테로사슬 고분자 화합물만 형성할 수 있습니다. 규소 원자 외에도 규소 기반 헤테로사슬 중합체의 주쇄에는 탄소, 산소, 질소, 황, 알루미늄 및 붕소와 같은 다른 원소도 포함되어 있습니다. 유기규소 폴리머의 주 사슬(또는 골격)은 실리콘과 산소가 교대로 구성된 폴리머입니다. 폴리실록산 또는 폴리실라놀이라고도 합니다. 실리콘은 헤테로사슬 중합체 화합물만 형성할 수 있기 때문에 실리콘 기반 생명체가 생성하는 대사산물, 폐기물 및 산화물은 매우 복잡합니다. 이는 실리콘 기반 생명체가 촉매로서 더 많은 효소를 필요로 함을 의미합니다. 각 효소의 길이는 약 50nm이며, 세포가 너무 작아서 충분한 효소를 담을 수 없습니다. 실리콘 기반 유기체의 세포는 탄소 기반 유기체의 세포보다 큽니다. 세포가 더 크면 상대적인 표면적은 더 작습니다. 세포의 상대적 표면적이 작을수록 물질이 세포막으로 들어갈 수 있는 속도도 작아집니다. 따라서 실리콘 기반 유기체의 신진대사는 탄소 기반 유기체의 신진대사보다 느립니다.

어떤 사람들은 실리콘이 탄소만큼 왼손잡이와 오른손잡이 특성을 가진 화합물을 많이 생산할 수 없다고 생각합니다. 실리콘 소재는 탄소처럼 왼손 및 오른손 특성을 지닌 수많은 화합물을 생성할 수 있습니다. 유기규소 물질은 Si-C 결합을 포함하고 적어도 하나의 유기기가 규소 원자에 직접 연결되어 있는 화합물을 의미합니다.

아마도 아주 먼 미래의 어느 날, 실리콘 기반 생명체가 우주에서 새롭게 진화한 생명체로 탄소 기반 생명체를 대체하게 될 것입니다. 하지만 그것은 우리에게서 아주 멀리 떨어져 있을 것입니다.

3. 실리콘 기반 생명체를 위한 용액과 매개체

또한 물은 모든 단백질 기반 생명체에게 필요한 용액이자 매개체입니다. 물을 대신할 수 있는 다른 화합물이 있나요? 가지다! 그것은 암모니아입니다. 암모니아는 어는점 이하에서도 여전히 액체이기 때문에 일부 공상 과학 작가들은 일부 차가운 거대 가스 행성의 표면 아래에 암모니아로 구성된 바다가 있을 수 있으며 바다에는 암모니아를 매개체로 하는 생명체가 가득 차 있다고 추측합니다. 위의 내용은 개별적이고 산발적인 생각일 뿐입니다. 그 문제를 정말 종합적으로 조사하고 체계적으로 분석한 것은 유명한 생화학자 아시모프가 쓴 "우리가 인식하지 못하는 것(Not What We Recognize)"이라는 글이었습니다. 그는 기사에서 6가지 생명체를 제안했습니다. 1. 불화 실리콘을 매체로 사용하는 불화 실리콘 유기체 2. 황을 매체로 사용하는 불화 황 유기체 3. 물을 매체로 사용하는 핵산/단백질 산소 기반) 유기체 4. 암모니아를 매개체로 사용하는 핵산/단백질(질소 기반) 유기체 5. 메탄을 매개체로 사용하는 지질 복합 유기체 6. 수소를 매개체로 사용하는 지질 복합 유기체 세 번째는 우리가 잘 알고 있는 것, 그리고 우리가 아는 유일한 것인 삶입니다. 첫 번째와 두 번째 항목은 일부 고온 행성에 존재할 수 있는 생명체이며, 한때 지구에 출현하여 유황 광산에 살았던 혐기성 고세균도 유황을 생명체의 매개체로 사용할 가능성이 높습니다. ; 네 번째부터 여섯 번째 항목은 일부 추운 행성에 존재할 수 있는 생물학적 형태입니다.

4. 실리콘 기반 생명체와 탄소 기반 생명체 이외의 생명체

(4.1) 중성자별

그러나 SF 작가들은 여전히 ​​만족하지 못합니다. 이러한 삶의 다양성 측면을 통해 그들은 각자의 작품에서 상상력을 최대한 발휘하여 자세히 살펴보면 합리적으로 보이는 더 놀라운 삶의 세계를 만들어 냈습니다. 일부 작가들은 극도로 추운 일부 행성에 액체 헬륨을 기반으로 하고 초전도 전류로 연결된 생명체가 있을 수 있다고 상상합니다. 성간 가스와 먼지를 다루고 전파를 통해 신경 신호를 전달합니다. 홀의 공상 과학 소설은 이 점에서 걸작입니다. 상상력이 풍부한 일부 작가는 외계 생명체가 가능할 수도 있다고 생각하기도 합니다. 화학적 기초가 전혀 필요하지 않을 수도 있습니다. 단지 전기파의 광선과 같은 순수한 에너지의 생명체일 뿐입니다. 가장 흥미로운 작품은 유명한 공상과학 작가 포워드(Forward)가 쓴 '드래곤 알(Dragon Egg)'입니다. 이 작품은 중성자별 표면의 생물을 묘사한 작품입니다. 이 중성자별은 직경이 20km에 불과하지만 표면 중력은 지구의 670억 배, 자기장은 지구의 1조 배, 표면 온도는 섭씨 8,000도 이상에 이른다. 이런 환경에서 어떤 생물이 살아남을 수 있을까요? "퇴화핵물질"로 구성된 유기체이다. 소위 "축퇴"는 원자 외부의 전자가 핵 안으로 압착되어 모든 원자가 서로 매우 가까워 초밀도 물질을 형성할 수 있음을 의미합니다. 중성자별의 생물은 키가 약 0.5mm, 직경이 0.5cm, 무게가 70kg 정도입니다. 이는 퇴화된 물질로 구성되어 있기 때문입니다. 게다가 그들의 신진대사는 화학반응이 아닌 핵반응을 기반으로 하기 때문에 모든 변화(출생, 늙음, 질병, 죽음, 사고 등)의 속도가 인간보다 100만 배 빠릅니다!

4. 실리콘 기반 생명체와 탄소 기반 생명체 이외의 생명체

(4.2) 금속 세포와 금속 생명체

SF 작가들이 실험실의 "금속 세포"인 "실리콘 기반 생명"이 이미 생명의 징후를 보여 초기에는 진화 추세를 보였습니다. 탄소 원소의 원자가 결합이 가장 높은 유기 물질과 달리, 이 "무기 생명"의 기초는 금속 텅스텐의 헤테로다중산 음이온입니다. 6족 원소는 산소와 배위하여 다면체(가칭 산 라디칼로 이해됨)를 형성할 수 있으며, 그런 다음 탈수 및 응축되어 아래 바퀴 모양의 {Mo176}과 같은 산소 원자를 사용하여 거대한 구조를 형성합니다.

이 거대한 음이온은 계속해서 다른 산소 함유 산을 응축하고 수용할 수 있으며, 살아있는 세포처럼 강산 용액에서 거품 같은 구조로 자가 조직될 수 있습니다. 이는 우리의 생물학이 생명 과학의 작은 부분일 뿐이라는 것을 의미할 수 있습니다. .

Cronin과 그의 동료들은 큰 금속 산화물 분자에서 음전하를 띤 이온을 추출하여 염 용액을 형성함으로써 더 작은 양전하를 띤 수소 또는 나트륨 이온을 결합시켰습니다. 유기 이온을 하전시키면 더 작은 음전하 이온의 이동성을 억제할 수 있습니다.

이 두 가지 염 용액이 혼합되면 고분자 금속 산화물 중 일부가 교환되어 더 이상 더 큰 유기 이온을 형성하지 않습니다. 이 새로운 용액은 물에 용해되지 않았습니다. 침전된 물질은 주입된 용액을 둘러싸는 껍질처럼 작용했습니다. Cronin은 침전된 물질을 거품형 무기 화학 세포(iCHELL)라고 부르며 훨씬 더 많은 특성을 가지고 있다고 말합니다. iCHELL은 금속 산화물 백본을 변형함으로써 천연 세포막의 특성을 갖습니다. 예를 들어, iCHELL을 기반으로 하는 구멍 모양의 산화물 구조는 크기에 따라 화학 물질이 세포에 선택적으로 들어가고 나갈 수 있도록 하는 다공성 막으로 사용될 수 있습니다. 생물학적 세포막. 이를 통해 세포막은 iCHELL 세포의 주요 특징인 일련의 화학 반응을 제어할 수 있습니다.

동시에 연구팀은 거품 속에 거품을 만들어 생체 세포의 내부 구조를 모사한 막을 만드는 연구도 진행 중이다. 일부 산화 분자를 감광성 염료에 연결함으로써 iCHELL 세포에 광합성을 주입할 수 있습니다. 크로닌은 초기 실험 결과에 의해 형성된 세포막이 광합성의 초기 상태인 수소 이온, 수소 전자, 산소 분자로 물을 분해할 수 있다고 말했다.

크로닌은 양성자를 펌핑하여 세포막 전체에 분포시켜 양성자 기울기를 설정할 수 있다고 말했습니다. 이는 빛으로부터 에너지를 얻는 핵심 단계입니다. 살아있는 유기체가 이러한 단계를 완료할 수 있다면 식물과 유사한 대사 기능을 갖춘 자급자족 세포를 구축하게 됩니다.

이 실험은 아직 초기 단계이며, 현재 일부 합성생물학자들은 의견을 유보하고 있다. 스페인 발렌시아 대학의 마누엘 폴카(Manuel Polca)는 "크로닌이 개발한 금속 세포 폼은 이 세포가 자기 재생산과 진화를 추진할 수 있는 DNA 유사 물질을 운반할 수 없다면 아직 완전한 생명체의 특성을 갖고 있다고 말할 수 없다"고 말했다. Ning은 이것이 이론상 가능하다고 응답했으며, 지난해 실험을 통해 금속 옥소메탈레이트를 서로의 주형으로 사용하면 자가 복제가 이루어질 수 있음을 보여주었습니다.

7개월 간의 실험을 통해 Cronin은 이제 이러한 금속 셀 폼을 대량 생산하고 이를 다양한 pH 값으로 채워진 시험관 용기에 주입할 수 있게 되었습니다. 그는 이러한 혼합 환경에서 생존 가능성을 테스트할 수 있기를 바라고 있습니다. pH가 너무 낮으면 일부 세포가 용해되어 죽습니다.

크로닌의 실험이 맞다면 아마도 우주에 생명체의 존재 범위는 더 넓어질 것이다. 일본 도쿄대 스가와라 다다시 교수는 “이번 실험 결과는 생명체가 모두 탄소 구조에 기초한 것은 아니라는 점을 보여준다”며 “수성의 물질 구조는 지구와 매우 다르다”고 말했다. 무기 원소를 통해 수성에서 생명체가 형성됩니다. 크로닌의 이 연구는 새로운 분야를 열어줍니다.

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