Gdziekolwiek na Ziemi wyciągniemy rękę, niemal na pewno dotkniemy krzemu. Znajduje się w piasku, w żwirze, w ścianach murowanych domów. W skorupie ziemskiej, po której stąpamy na co dzień, krzemu jest nieporównanie więcej niż węgla. Nic dziwnego, że autorzy science fiction, szukając pomysłu na obcych o zupełnie odmiennej naturze, tak chętnie sięgają właśnie po ten pierwiastek. Dlaczego zatem ziemska ewolucja zupełnie go pominęła?
O to właśnie zapytano w programie „Myśl jak naukowiec” Dmitrija Wiebego – astronoma z Instytutu Astronomii Rosyjskiej Akademii Nauk, badającego chemię materii międzygwiazdowej. Jego odpowiedź jest zwięzła i daje do myślenia każdemu, kto po seansie filmu o krzemowych obcych zastanawiał się, czy taka wizja ma naukowe podstawy. W poszukiwaniu życia kluczowa okazuje się bowiem nie obfitość danego pierwiastka, lecz jego zdolność do nieustannych przemian.
Argumenty za krzemem istnieją i Wiebe wcale ich nie podważa. Zewnętrzna powłoka elektronowa krzemu przypomina powłokę węgla, teoretycznie pozwala mu więc tworzyć dość duże cząsteczki. We Wszechświecie występuje powszechnie, choć ustępuje węglowi pod względem obfitości. Za to w skorupie ziemskiej bezapelacyjnie wygrywa liczebnością.
Sęk w tym, jak ten pierwiastek zachowuje się w naturze. „Krzemu jest dużo, ale wchodzi w skład kamienia” – zauważa badacz. A stworzenie w naszych warunkach czegoś żywego ze skały okazuje się zadaniem karkołomnym. Na Ziemi krzem nie dryfuje swobodnie w poszukiwaniu partnerów do reakcji. Tkwi uwięziony w krzemianach – minerałach tworzących twarde skały.
Krzemu jest dużo, ale wchodzi w skład kamienia. A stworzenie czegoś żywego ze skały w naszych warunkach wydaje się dość problematyczne.
Кремния много, но он входит в состав камня. А из камня породить что-то живое в наших условиях кажется достаточно проблематичным.
— Dmitrij Wiebe, Think Like a Scientist, 43:45
Krzemiany są po prostu zbyt stabilne. Węgiel w temperaturze pokojowej i przy ziemskim ciśnieniu buduje niezliczone cząsteczki, które nie wiążą się przesadnie mocno. Można je bez trudu przebudowywać, co otwiera drogę do mutacji i ewolucyjnych zmian. Krzem natomiast – jak ujmuje to Wiebe – „rozsiada się w sieci krystalicznej” i czuje się w niej znakomicie. Nic nie jest w stanie go stamtąd ruszyć.
Na tym polega sedno sprawy – to prosta i elegancka puenta. Życie potrzebuje tworzywa plastycznego, dającego się nieustannie przepisywać na nowo. Kryształ, któremu jest dobrze tak, jak jest, nie ma żadnego powodu, by stawać się czymś innym.
Wiebe zaznacza przy tym, że te ograniczenia dotyczą przede wszystkim naszych ziemskich warunków: około 20 stopni Celsjusza i ciśnienia jednej atmosfery. Gdyby radykalnie zmienić temperaturę lub ciśnienie albo zaburzyć proporcje między krzemem a magnezem, sytuacja mogłaby wyglądać inaczej. Naukowcy prowadzą takie badania i Wiebe uważa, że nie należy z góry skreślać alternatywnych dróg ani wymazywać krzemu z układu okresowego. Jak dotąd nie słyszał jednak o żadnych obiecujących rezultatach takich prób, a spójnej koncepcji biochemii krzemowej wciąż nie widać na horyzoncie.
Znacznie surowiej ocenia fantastykę naukową. Filmy o istotach opartych na krzemie nie proponują w zasadzie żadnej realnej alternatywy chemicznej. Ograniczają się do rzucenia hasła: „po prostu krzem, jakoś to działa” – i na tym koniec. Nie wyjaśniają, jak w ciele takiego stwora miałyby właściwie przebiegać procesy metaboliczne. Tymczasem węgiel napędza zawrotny, skomplikowany gąszcz reakcji chemicznych, które możemy badać w laboratorium. W przypadku żadnego innego pierwiastka nie zaobserwowaliśmy niczego podobnego. Astronom przyznaje, że takie podejście trąci węglowym szowinizmem, ale to szowinizm wymuszony: możemy badać wyłącznie to, czym dysponujemy, a jedyną znaną nam formą życia jest układ oparty na węglu i wodzie.
W laboratoriach nie brakuje jednak ciekawych eksperymentów. W opublikowanej w styczniu 2024 roku na łamach „Science” pracy zespół Nicholasa Saraia wykorzystał sterowaną ewolucję do zmodyfikowania enzymu bakteryjnego – wariantu cytochromu P450 BM3 – który zrywa wiązania krzem–węgiel w wybranych związkach krzemoorganicznych. Odpowiednio pokierowane życie potrafi więc nauczyć się obróbki takich wiązań. Z kolei w marcu 2025 roku w serwisie arXiv ukazał się artykuł Aniruddhy Acharyi, w którym autor wskazywał na obfitość krzemu na Marsie i Księżycu oraz na enzymy zdolne do dołączania krzemu do cząsteczek organicznych jako na przesłanki wspierające hipotezę o życiu opartym na krzemie. W obu tych przypadkach mowa jednak o chemii węglowej, która jedynie sięga po krzem jako dodatek. W żadnym z nich krzem nie zajął miejsca węgla.
Rzeczywistość, którą opisuje Wiebe, okazuje się znacznie mniej widowiskowa niż kino. Ewolucja nie odrzuciła krzemu dlatego, że jest go za mało. Pominęła go dlatego, że jest zbyt przywiązany do raz zajętego miejsca.
Jeśli więc kiedykolwiek natrafimy na żywe organizmy na odległym globie, z dużym prawdopodobieństwem będą one ulepione z tej samej plastycznej, podatnej na zmiany materii co my – a nie z twardej skały, po której stąpają.
