發(fā)現(xiàn)“砷基生命”

　　北京時(shí)間2010年12月3日凌晨3：00，美國(guó)宇航局（NASA）在它的華盛頓總部舉行新聞發(fā)布會(huì)宣布：研究人員在加利福尼亞莫諾湖進(jìn)行的試驗(yàn)首次發(fā)現(xiàn)，地球上的微生物也可以利用化學(xué)元素砷生長(zhǎng)、繁殖。這種微生物在其細(xì)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(guó)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(shí)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(zhǎng)時(shí)間里，由于沒有出口，鹽及礦物質(zhì)被東部山脈河川沖刷進(jìn)入湖中，湖水經(jīng)長(zhǎng)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(shí)，在莫諾湖發(fā)現(xiàn)利用砷的生物早已不是新聞。2008年，科學(xué)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(jìn)行光合作用的細(xì)菌。不過這種細(xì)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(xué)家Felisa Wolfe-Simon在湖底發(fā)現(xiàn)并在實(shí)驗(yàn)室用砷成功培育的GFAJ-1菌株卻完全不同，當(dāng)研究人員將磷去掉，換成砷，這些微生物仍可以繼續(xù)生長(zhǎng)，放射性同位素標(biāo)記證實(shí)了它們用砷組成自身的各種關(guān)鍵分子，對(duì)大多數(shù)生物有毒的砷，被它用來作為磷的替代物成為細(xì)胞的基本元素，因此被稱作“砷基生命”而引起了學(xué)術(shù)界的轟動(dòng)。
　　這種情況通常被認(rèn)為是完全不可能的，因?yàn)樯閷?duì)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(guó)宇航局網(wǎng)站稱，這項(xiàng)由美國(guó)宇航局資助的研究項(xiàng)目將改變科學(xué)家對(duì)地球上所有已知生命構(gòu)成的基本認(rèn)識(shí)。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(xué)研究新思路
　　早在2010年11月29日，美國(guó)宇航局發(fā)布公告稱將于北京時(shí)間12月3日凌晨3時(shí)舉行發(fā)布會(huì)，宣布一項(xiàng)天體生物學(xué)的新發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)將影響對(duì)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(xué)有什么關(guān)系呢？
　　一直以來，我們都認(rèn)為組成生命六大基本元素是：碳、氫、氧、氮、磷、硫，中學(xué)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(xué)成分，被認(rèn)為是所有活細(xì)胞的最重要的元素。磷還是所有細(xì)胞(三磷酸腺苷)中攜帶能量的分子以及構(gòu)成所有細(xì)胞隔膜的磷脂的核心成分。而GFAJ-1的細(xì)胞成分中以砷取代了磷，第一個(gè)證實(shí)了生命必需的元素可以替代的想法。
　　科學(xué)家們推測(cè)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(yùn)到全世界的時(shí)候，也許很多地方的生物只能靠砷吃飯，用亞砷酸來進(jìn)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(rèn)為砷基生命的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，只是在我們這個(gè)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(shí)際上對(duì)于當(dāng)?shù)氐纳鼇碚f是一片沃土。
　　其實(shí)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(xué)首先證實(shí)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(xiàng)研究的首席科學(xué)家、美國(guó)宇航局研究員費(fèi)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(jī)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(guó)宇航局負(fù)責(zé)科學(xué)任務(wù)的副局長(zhǎng)埃德·維勒爾在華盛頓也表示：“生命的定義因此擴(kuò)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(duì)未知的生命進(jìn)行研究。”
　　“科學(xué)始于當(dāng)你不相信專家之時(shí)。”NASA發(fā)布會(huì)上的一位嘉賓這樣說。這項(xiàng)研究成果將促使科學(xué)界重新檢視許多領(lǐng)域目前正在進(jìn)行的研究，其中包括對(duì)地球演化的研究、有機(jī)化學(xué)、生物地球化學(xué)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(xué)和其他研究領(lǐng)域開辟新的戰(zhàn)場(chǎng)。
　　在一部喜劇電影《進(jìn)化》中，當(dāng)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(jìn)化，這種進(jìn)化將很快支配整個(gè)世界，導(dǎo)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(duì)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(huì)成為我們的一大秘密武器。