作者:Tobias J. Erb 来源:《科学》 发布时间:2012-7-12 13:47:04
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新研究称耐砷细菌仍需磷

 
GFAJ-1细菌能够在高浓度的砷中存活。
 
图片来源:Science/AAAS
 
经过18个月的争论后,对于一种新的“生命形态”的官方判决是:在美国加利福尼亚州莫诺湖中发现的耐砷细菌仍然离不开磷。
 
2010年,由如今在加利福尼亚州劳伦斯·伯克利国家实验室任职的微生物学家Felisa Wolfe-Simon率领的一个研究小组在《科学》杂志上报告说,一种盐单胞菌GFAJ-1能够在重要的生化物质——例如脱氧核糖核酸(DNA)——中用砷原子取代磷。在它的细胞中,砷取代了磷成为构成元素。她还说,在实验中发现,这种细菌在砷溶液中仍能维持一定的生长速度。
 
这种细菌被发现在浅盐湖莫诺湖富含砷的沉积层中“茁壮成长”——而这个湖泊曾因出现在摇滚乐队Pink Floyd 1975年的专辑《希望你在这里》中而名声大噪。
 
人们都知道生命依赖于六大基本元素:碳、氢、氧、氮、磷、硫。磷元素在细胞中起着极为重要的作用,包括维持DNA和核糖核酸(RNA)的构架、参与形成细胞膜等。砷和磷有一些类似的化学性质,但这种元素对于生命而言通常都是有毒的,因此它能够维持生命的假说可谓引发了一场风暴。
 
然而,这一曾让Wolfe-Simon列入《时代》周刊美国年度最重要百人榜单的“新发现”,并没有得到科学界完全认同。
 
作为这场争论的结果,伴随着Wolfe-Simon的论文于今年6月在《科学》杂志上的发表,科学家们撰写了8篇评论以表示对此的响应。
 
加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学的微生物学家Rosie Redfield着手验证了这一发现。她在今年的早些时候表示,自己无法在实验室环境下重复Wolfe-Simon的发现。
 
如今作为两篇相关论文中一篇论文的合著者,Redfield确认了这一点——尽管这种细菌能够耐受砷,但它们还是依赖于磷。这两篇论文于7月8日发表在《科学》杂志上。
 
Redfield和她的同事报告说,当GFAJ-1细菌在含有砷和非常少量的磷的介质中生长时,它们的DNA中没有检测到砷化合物,如砷酸盐(磷酸盐的砷类似物)。而在另一篇论文中,瑞士苏黎世市联邦理工学院的微生物学家Julia Vorholt和她的同事报告说,这种GFAJ-1细菌无法在含砷酸盐的无磷培养基中生长。但是,它能够在含砷酸盐的低磷环境中生长。研究小组写道,GFAJ-1“是一种耐砷但依然需要磷的细菌”。文章指出,这一细菌只是有时候会把砷酸转化成很小的分子来部分取代磷,因此不存在砷完全取代磷成为生命构成元素这种说法。
 
“我认为我们现在掌握了非常坚实的证据,表明GFAJ-1的新陈代谢依赖于磷,就像其他所有已知的有机生命形式一样。”Vorholt说,“这些非常顽强并且能够极好地适应环境的微生物似乎可以从极端贫磷的环境中有效地汲取营养物质。”
 
Vorholt补充说,Wolfe-Simon的研究团队一开始用来进行试验的样本显然比最初的想象含有更多的磷浓聚物。
 
《科学》杂志在一份声明中表示:“新的研究显示,GFAJ-1并没有打破长久以来的生命法则,与Wolfe-Simon对其团队给出的数据的解读恰好相反。”
 
Wolfe-Simon表示:“原始的GFAJ-1论文强调了细菌对砷的耐受性,但同时也暗示了细胞需要磷,就像在这两篇论文中看到的那样。”她说:“无论如何,我们的数据指出了非常少量的砷酸盐可能被结合到细胞和生物分子中去,从而帮助细胞在高砷和低磷的环境中生存下来。这种低含量的砷结合可能是具有挑战性的发现,并且一旦细胞被打开将是不稳定的。”
 
她强调,GFAJ-1的故事远未结束。“关键问题是:这些细胞如何在致命浓度的砷环境中茁壮成长,以及这些砷去了哪里。”
 
Redfield指出,Wolfe-Simon团队急于发表这样的观点让她难以理解——难道是他们想急于加快美国航天局寻找外星生命的脚步?要知道,如果构成生命的基本元素可以由其他元素取代,人类对生命的认识将发生重大改变,在地球极端环境乃至外星球寻找生命的思路也能得到拓宽,但显然,科学界在这方面的研究还有很长的路要走。(来源:中国科学报 赵路)
 
 
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