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[转帖文章] NASA发布砷辅生物 或成寻找外星生命新思路

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伴月星辰 发表于 2010-12-12 12:15 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国–广东–佛山 联通

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加入时间:2010年12月12日 12:14  新京报
http://tech.sina.com.cn/d/2010-12-12/09314972583.shtml


“砷辅生物”拓展生命定义?
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西蒙在工作中。图/NASA
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科学家发现的“砷辅”细菌。图/NASA


今年NASA特别 “自我给力”,继发布了“最年轻黑洞”的“惊人消息”之后,又于12月2日再次发布了“惊人消息”———在地球上发现了一种对“外星生物学”很重要的东西 “砷辅生物”。这是一种细菌,能用对一般生物剧毒的砷来代替组成生物的基本元素———磷。对它们来说,砒霜是有营养的……
  1 发现 砷代替磷造细胞
  12月2日,美国航空航天局(NASA)召开新闻发布会,宣布太空生物学研究员西蒙(Felisa Wolfe-Simon)领导的科学家团队,在美国加利福尼亚州莫诺湖的湖底沉积物里发现了一种细菌,它不但能够在砷含量很高的环境中生存,而且能够用砷代替生物体中最常见的磷,作为自己DNA的重要“建筑材料”。一时间,“外星生物学界”议论纷纷。
  这个莫诺湖是个什么“神圣之地”,能培养出对“外星生物学”很重要的细菌?南京师范大学地理科学学院教授沈冠军曾到这个湖考察。“这是一个盐湖。”沈冠军说,“它不但盐沉度很高,而且碱性很强。”之所以有这么高的盐度,是因为莫诺湖已经和外来淡水水源隔绝了50年。沈冠军说,因为盐碱性太强,所以大多数水生生物都无法在这里生存。但它绝非死气沉沉,因为富含营养盐,这个湖里生长有很多藻类,一些能够忍受高盐碱环境的动物也在这里安家,主要是一种小虾和一种小蝇子产下的蛆。这些小动物又吸引来很多鸟类。事实上,从生物密度来说,莫诺湖大大超过了常见的淡水湖。这个湖的湖底沉积物中砷含量很高,同时这里又生活着很多细菌。
  这些细菌可以利用砷生活吗?为了证明这一点,研究小组把带有细菌的沉积物拿到实验室里,用大量的不含磷和砷的盐水稀释,以尽量去除其中的磷和砷,同时给这些细菌一些糖、维生素和微量金属元素让细菌继续活着,培养一段时间后,他们分离出一种被称为“GFAJ-1”的细菌。它属于变形菌门的盐单胞菌科。
  然后,研究者们把“GFAJ-1”分成两组在琼酯培养基上培养,一组喂给砷,不给磷;另一组喂给磷,不给砷。实验表明,喂给磷的细菌繁殖较快,但喂给砷的细菌也在繁殖,只是速度慢一些。放射性标记表明,砷元素存在于这种细菌的体内,包括蛋白质、脂类、ATP、构成DNA和RNA的核苷酸。光谱分析间接显示,在DNA骨架中,砷取代了磷的角色。
  2 亮点 打破“碳氢氮氧磷”体系
  等等,不就是能“吃”点砷嘛,这个消息怎么就“惊人”了呢?这还要从组成生物的基本元素说起。地球上的生物千变万化,有吸氧气的,有见着氧气就中毒的;有耐热,有耐寒的……它们身体里的元素五花八门,但有六样基本元素都是一样的,那就是碳、氢、氮、氧、磷、硫,字母简写就是“CHNOPS”。磷在这“六大员”中排老五。它在生物体中起到了至关重要的作用。我们知道,细胞膜是磷脂双分子层;而ATP是生物界通用的“能量货币”,它的全名叫做“三磷酸腺苷”。最重要的,是生物的遗传物质“DNA”的基本组成单位就是磷酸连着五个碳原子的糖,再加上一个碱基。
  说起“砷”,提到它,大家都会联想到毒,著名的“砒霜”就是三氧化二砷。翻翻元素周期表会发现,砷正好住在磷的楼下,说明它们是“一族”的,化学性质非常相似,正是这种“相似”使砷非常之 “毒”。芝加哥大学分子遗传与细胞学博士刘旸说,砷和磷很相似,容易代替磷整合到生物大分子中;但砷的化合物远不如磷稳定,比如它组成的DNA容易水解断掉,这样就会出问题。砷代替磷的位置,又不干磷干的事儿,把细胞搞得一团糟。
  如今,NASA终于找到了既能让砷进入身体,又能让砷干磷的事儿的细菌,“CHNOPS”体系被打破了!从这个意义上说,NASA新发现的却是一种“砷辅生物”。
  3 意义 扩展“生命”定义
  很多人因为NASA的发现而欢呼,NASA的科学使命理事会副主席韦勒说:“对于‘生命’的定义被扩展了,当我们寻找太阳系里(其他星球)具有生命时,我们应当让思路更开阔一些,更多样一些,想一想那些我们从来不知道的生命。”
  对于细菌之所以能够利用砷,NASA的研究者推测是因为莫诺湖底的沉积物里含磷很少细菌不得已“学会”了利用砷的方法。而沈冠军表示,如果NASA的研究成果没有问题,更大的可能性是细菌因为在高毒性的砷环境里生长,找到了“解毒”的方法。沈冠军说,地球上磷的含量相当大,相比砷就少得多,所以“富砷少磷”的环境并不多见。但在其他星球上,完全有可能出现这样的环境。在那里砷可能会成为生物的基本组成元素之一。
  刘旸则感觉NASA对“砷细菌”发现的宣传有些夸张。细菌用砷代替磷并非不可思议的事,虽然砷组成的DNA容易水解,但如果细胞有很好的修复或者补救机制,还是可以活的。本来就有很多细菌生活在极端环境下,NASA或许只是发现了又一个新案例而已。这和“外星生命”并无直接联系。
  “我觉得最有意思的是,如果证明砷真的取代了磷的位置,那细胞究竟是怎么完成下游的一系列代谢过程,加入了砷的大分子。”刘旸说,“不是说不稳定特别容易被水解吗,那细胞是怎么修复这个缺陷的?是不是有些机制特别快地检测出DNA损伤然后特别快地修复它?”总之,最有意思的可能还是下一步的研究。
  4 质疑 数据不干净?
  在有人因为NASA的发现欢欣鼓舞的时候,也有不少人对他们的结论表示怀疑,比如美国南加州大学的生化学家帕赛克就说细菌“DNA”中的砷可能只是被 DNA所吸附,而非DNA的结构组成部分。不过,最猛的还是雷德福实验室的生物学家罗茜·雷德福(Rosie Redfield)。她在博客上发表文章说:“NASA没有拿出任何能说服人的证据来说明砷元素已经进入了DNA,或者别的什么生物分子。”总的来说,罗茜认为NASA实验最大的问题是“数据不干不净”。
  首先,研究者们是用莫诺湖沉积物进行细菌培养的。罗茜说,虽然这些沉积物被反复稀释过,但里面还是含有磷和砷。研究者们说,稀释之后细菌能得到的磷非常少,不足以维持它们的生长,说生物需要体重的1%-3%的磷来维持生命,但罗茜认为这个数据是不对的,因为他们研究的细菌可以在缺磷的环境下缓慢生长,细胞中只含有0.5%的磷。罗茜说,NASA研究者自己的数据都能表明,即使不加磷也不加砷,细菌也能缓慢增殖。总之,无论是高磷还是高砷环境,那些细菌可能全靠磷活着,根本没有砷什么事儿。
  再有,NASA的研究者急于证明砷参与了细菌DNA的构成,于是他们“提纯”了DNA,用质谱仪来测量砷和碳的比例。罗茜说,根据研究者的报告分析,他们的样品中不仅有DNA,可能还有别的细胞中的分子;而且很多碳可能来自培养基。罗茜说,在磷环境中生长的细胞,DNA含砷量很低,但砷环境中生长的细胞,DNA中砷的量竟只有前者的2倍。这个差距太小了,可能只是实验误差。
  第三,研究者们用同步加速器X光来确定这些砷原子周围的环境。罗茜同意这种做法,但不同意他们得出的“砷取代了磷通常的位置”的结论。因为数据显示细胞里含有0.19%的砷,但是DNA里却只含有亿分之2.7的砷。砷可能以某种形式进入了细胞,但却并没有进入DNA。
  所以,罗茜得到的结论是:“很多胡扯,很少的可靠信息……他们的数据可靠性被糟糕的数据获取方法极大地削弱了。如果这个数据是一个博士生提交的,我会让他们返工,多做些样本纯化的工作。”
  罗茜表示她怀疑“地球上发现砷辅生物”的说法也是NASA有意无意的捏造。事实上,对NASA可能造假的怀疑由来已久。丹·布朗2001年出版的《骗局》描述的就是这么一种情况。罗茜持类似的观点,她说:“我不知道这些作者是糟糕的科学家,还是无良地想要推进NASA的‘寻找外星生命’的进程。至于那些(没发表意见的)评论家,我犹豫是否要批评他们,因为他们的反对意见可能会被《科学》杂志想要发表轰动性文章的编辑给拒了。”
  12月8日,西蒙在其网站上作出了回应,但并未提及那些被质疑的内容。
有望得到的要努力;无望得到的不介意。胸中有大海,胸怀才能开阔;心里有春天,心花才能怒放;腹中有良策,处事才能利落;
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719664845 发表于 2010-12-12 13:40 | 显示全部楼层 来自: 中国–北京–北京 鹏博士BGP
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