在剧集《神秘博士》（Doctor Who）中也多次出现过硅基地外生命。如Katrians（图左），形态类人，可从任意含有其基因的碎片中复活，因而极难被杀死；Ogri（图右），开奖，智力较低，行动缓慢，可吞噬其他蛋白质生命以获取该生命的外形。

　　20世纪90年代初，阿诺德开创了一种称为定向进化（directed evolution）的方法，在实验室中通过人为淘汰创造性能更好的新型酶，类似于育种者选培精良玉米、奶牛或宠物的方式。

　　谈及定向进化过程，科学家们需要首先选取想要增强其性能的目标酶；然后以随机的方式对编码该酶的DNA引入突变，并测试所得酶的性能；接着，对性能最好的酶再次突变、筛选，不断重复该过程，直到获得远远优于原始酶的性能。

　　多年来，定向进化方法已经用于制造许多家用产品如洗涤剂，还用来以“绿色”可持续的方式制造农用药剂和燃料等。

　　然而，该研究的目标不仅仅是提高酶的生物学功能，实际上还要让酶做一些以前没有做过的事情。首先，研究者需要找到合适的蛋白质：一种有可能制造出硅-碳键的酶。

　　阿诺德说：“这就像是培育赛马，伯乐们鉴别出千里马的潜力股，然后在连续几代的培育中优育出千里马，而我们也是这样，只不过是用蛋白质来进行做。”

　　海洋红嗜热盐菌（Rhodothermus marinus）的细胞色素c蛋白结构，结构中心是铁原子（红色）。研究者在粉红色区域的氨基酸中引入突变，以改善该蛋白质的碳-硅成键能力。

　　研究证明，冰岛温泉中生长的海洋红嗜热盐菌（Rhodothermus marinus）的细胞色素c蛋白质是最佳选择。该蛋白质通常用于将电子传递到其他蛋白质，但研究者发现，细胞色素c蛋白也能像酶一样催化合成少量的硅-碳键。

　　所以，科学家利用定向进化的方法，对编码该蛋白结构含铁部分的特定区域的DNA分子进行了突变和筛选。研究者认为，该部分与其硅-碳键的成键活性有关。通过不断突变、测试、筛选，使其创造有机硅化合物的能力增强。

　　研究表明，仅在三轮定向进化后，研究者就创造出一种酶，能够选择性地合成硅-碳键，并且效率比化学家发明的最佳催化剂高15倍。此外，由于酶具有高度选择性，这意味着相比于化学方法，该新型生物学方法减少了不必要的副产物。

　　何夕科幻小说《十亿年后的来客》中，描绘了一种通过生物技术“升级”的人类。不过，这些升级后的人虽然在智力、体力上都获得了极大的提升，但却很难再定义为“人”。

　　论文第一作者詹妮弗·坎说：“与化学合成中使用的其他催化剂相比，这种基于铁元素、基于遗传编码的催化剂不仅无毒的，而且更便宜、更易改进。这种新催化反应甚至可以在室温条件以及水环境中进行。”

　　通常而言，硅-碳键的化学合成方法需要使用贵金属和有毒溶剂，并且需要额外去除副产物，这都会增加成本。

　　至于生命是否可以进化为以硅元素为基础，阿诺德则说：“这取决于大自然。这项研究表明了自然界能够迅速适应新的挑战，当我们向自然界提供新的试剂并以人工淘汰的方式提供适当的激励时，细胞中以DNA编码的催化机制能够快速学习并促进新的化学反应。如果大自然想要进化（指硅基生命），它自然可以做到这一点。”

　　硅基生命渲染图。图片来源：Lei Chen和Yan Liang（beautyofscience.com）

　　加州理工研究团队证明了有可能在自然条件下形成硅基生命，同时也向人类展示了硅基生命可能的存在方式。如果有一天终能将硅赋予生命，后面的故事恐怕会比科幻电影中描述的场景还要精彩。

　　参考：

　　Directed Evolution of Cytochrome c for Carbon-Silicon Bond Formation: Bringing Silicon to Life," Science, doi/10.1126/science.aah6219

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