發(fā)現(xiàn)“砷基生命”

　　北京時間2010年12月3日凌晨3：00，美國宇航局（NASA）在它的華盛頓總部舉行新聞發(fā)布會宣布：研究人員在加利福尼亞莫諾湖進行的試驗首次發(fā)現(xiàn)，地球上的微生物也可以利用化學元素砷生長、繁殖。這種微生物在其細胞成分中以砷取代了磷。
　　莫諾湖？以砷為生？砷不是有毒的嗎？
　　
　　發(fā)現(xiàn)以砷為食菌株GFAJ-1
　　為什么選擇莫諾湖呢？莫諾湖（Mono Lake）位于美國加州東部，是加州第二大湖，面積大約有60平方英里，它存在世界上的時間已經(jīng)超過70萬年，因此成為北美最古老的湖泊之一。莫諾湖生成的這段冗長時間里，由于沒有出口，鹽及礦物質(zhì)被東部山脈河川沖刷進入湖中，湖水經(jīng)長期蒸發(fā)，將鹽及礦物質(zhì)留在湖中，使得這座湖的堿度比海水高二倍半，它是世界上天然水體里砷含量最高的地方之一。這種極端的生存環(huán)境造就了不少耐受極端環(huán)境的生物。
　　其實，在莫諾湖發(fā)現(xiàn)利用砷的生物早已不是新聞。2008年，科學家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了用光能氧化亞砷酸，而不是光解水來進行光合作用的細菌。不過這種細菌只是將砷的化合物作為光反應(yīng)中的電子提供方來固定二氧化碳，但是這次由NASA贊助的科學家Felisa Wolfe-Simon在湖底發(fā)現(xiàn)并在實驗室用砷成功培育的GFAJ-1菌株卻完全不同，當研究人員將磷去掉，換成砷，這些微生物仍可以繼續(xù)生長，放射性同位素標記證實了它們用砷組成自身的各種關(guān)鍵分子，對大多數(shù)生物有毒的砷，被它用來作為磷的替代物成為細胞的基本元素，因此被稱作“砷基生命”而引起了學術(shù)界的轟動。
　　這種情況通常被認為是完全不可能的，因為砷對地球上多數(shù)生命有毒。著名的毒藥砒霜，就是三氧化二砷。美國宇航局網(wǎng)站稱，這項由美國宇航局資助的研究項目將改變科學家對地球上所有已知生命構(gòu)成的基本認識。新的生命構(gòu)成成分的發(fā)現(xiàn)將改寫生物教科書，使地球外尋找生命的范圍得以拓展。
　　
　　拓展天體生物學研究新思路
　　早在2010年11月29日，美國宇航局發(fā)布公告稱將于北京時間12月3日凌晨3時舉行發(fā)布會，宣布一項天體生物學的新發(fā)現(xiàn)，該項發(fā)現(xiàn)將影響對外星生命的搜尋。那么GFAJ-1的發(fā)現(xiàn)和NASA所說的天體生物學有什么關(guān)系呢？
　　一直以來，我們都認為組成生命六大基本元素是：碳、氫、氧、氮、磷、硫，中學生物理課本告訴我們是它們組成了生物體所需的各大物質(zhì)：核酸、蛋白質(zhì)、糖類、脂類。其中，磷是攜帶生命基因的DNA和RNA的主要化學成分，被認為是所有活細胞的最重要的元素。磷還是所有細胞(三磷酸腺苷)中攜帶能量的分子以及構(gòu)成所有細胞隔膜的磷脂的核心成分。而GFAJ-1的細胞成分中以砷取代了磷，第一個證實了生命必需的元素可以替代的想法。
　　科學家們推測這些以砷為生的生命也許是我們這顆星球上很古老的居民。在地球上的磷還沒有被生物圈搬運到全世界的時候，也許很多地方的生物只能靠砷吃飯，用亞砷酸來進行光合作用的生物也許比現(xiàn)代我們熟悉的光合生物出現(xiàn)得早。如果原始地球是這樣一種景象，那么何況外星呢？我們認為砷基生命的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，只是在我們這個物種的體溫和我們感到舒適的室溫條件下，而在其他星球的環(huán)境下情況又如何呢？它們也許實際上對于當?shù)氐纳鼇碚f是一片沃土。
　　其實之前人們也有想過有其他元素可以將六大元素取而代之，諸如一些科幻作品中多次出現(xiàn)“硅基生命”一詞，即在元素周期表上碳下面一行的硅，取代碳成為生命的基石。不過，被科學首先證實的類似取代，卻發(fā)生在了排在第五位的磷而不是碳身上。我們猜到了開頭，卻沒有猜到結(jié)局。
　　這項研究的首席科學家、美國宇航局研究員費利薩·沃爾夫·西蒙表示：“我知道有些微生物可以呼吸砷，但我們發(fā)現(xiàn)的微生物與眾不同，它的部分機體組成由砷構(gòu)成。如果地球上的某些東西可以做這樣一些出乎我們意外的事情，那么生命還能做哪些我們還未發(fā)現(xiàn)的事情呢？”
　　美國宇航局負責科學任務(wù)的副局長埃德·維勒爾在華盛頓也表示：“生命的定義因此擴展了。由于我們正在太陽系尋找生命跡象，所以，我們的思維必須更開闊一些，角度更多一些，對未知的生命進行研究。”
　　“科學始于當你不相信專家之時。”NASA發(fā)布會上的一位嘉賓這樣說。這項研究成果將促使科學界重新檢視許多領(lǐng)域目前正在進行的研究，其中包括對地球演化的研究、有機化學、生物地球化學循環(huán)、緩解疾病以及地球系統(tǒng)研究。這些發(fā)現(xiàn)也將在微生物學和其他研究領(lǐng)域開辟新的戰(zhàn)場。
　　在一部喜劇電影《進化》中，當一塊記載著外星生命軌跡的流星墜落到亞利桑那州荒漠后，外星生命就開始飛速進化，這種進化將很快支配整個世界，導致人類的滅亡。后來由大衛(wèi)-杜楚尼主演的科研人員伊爾和他的朋友們從砒霜的毒性中得到靈感，在元素周期表中找到了對付外星人的武器——硒，于是若干加侖由硒制成的海飛絲成功地拯救了人類。那么，如果哪天真有純粹的砷基外星生命入侵地球，說不定各種含磷豐富的洗滌劑也會成為我們的一大秘密武器。