靠砷生存的细菌真的存在么?

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《科学》杂志曾于2010年发表了一篇颇有争议的文章, 研究者报道说,他们找到了一种名为GFAJ-1的细菌,这种细菌可以用砷元素替代分子中的磷元素。这个结果相当令人惊讶,因为磷被认为是生命的基本元素,而砷通常是有毒的。

加拿大英属哥伦比亚大学的微生物学家罗西·雷德菲尔德(Rosie Redfield)和其他人对此提出了许多的问题。她希望再次验证这个争议报道的结果。但研究发现,在美国加利福尼亚的莫诺湖找到的怪异细菌,似乎并不能用砷代替DNA中的磷。实验数据已经更新在了雷德菲尔德的博客上,她认为这些数据对那篇论文的重要发现提出了“清晰的反驳”。雷德菲尔德说道:“之前的研究中最惊人的声明是,这种细菌的DNA链内含有砷,但我们的发现表明其DNA中一点砷都没有。”

2010年那篇论文的第一作者,现在美国劳伦斯柏克莱国家实验室工作的乌尔夫·西蒙(Felisa Wolfe-Simon),并没有被雷德菲尔德的结论吓到。她表示,“我们很高兴论文结论刺激了同行和我们自己,进行了更多的实验。我们并不太清楚雷德菲尔德博客中实验和环境的重要细节,所以我们希望这份研究能够发表在同行评议的期刊上,因为这是科学前进的最好方式。”

和乌尔夫·西蒙一样,雷德菲尔德使用砷和少量的磷培养GFAJ-1细菌。随后她从细胞中纯化DNA,并将DNA送至美国普林斯顿大学的研究生马歇尔·路易斯·瑞维斯(Marshall Louis Reaves)手中。瑞维斯使用氯化铯梯度离心法将DNA分离成不同浓度的片段,再使用质谱仪对每个DNA片段的元素进行确认后,他没有在任何片段中发现到砷。

但是雷德菲尔德的实验方法会留给砷生命假说支持者一些辩论空间,比如,雷德菲尔德不能在完全无磷的环境下培养细菌。因为原论文中并没有明确地给出培养细胞用的磷含量,所以论文作者完全可以争辩说,雷德菲尔德的细菌没有能够处于磷饥饿的状态,因此没有被迫使用砷来代替磷。乌尔夫·西蒙也说到,她并不指望在由氯化铯梯度离心法分析的DNA中找到砷,因为包含砷的DNA非常脆弱,它会分解开来,只能在从细胞大DNA片段中分离出的模糊条带中找到它。

然而,雷德菲尔德认为,瑞维斯分析了所有氯化铯梯度中纯化的DNA,因此若是有砷,他是会探测到的。雷德菲尔德还分析了储存在实验室冰箱中两个月的细胞DNA尺寸,在含砷和不含砷的培养皿中生长的细胞DNA尺寸相似,这就意味着在砷中生长的细胞DNA并不是不稳定。

美国纽约生物化学家和结构生物学家大卫· 博哈尼(David Borhani)表示,他愿意看到额外的对照实验,从而判定出用氯化铯梯度离心法纯化的GFAJ-1 DNA中的砷到底跑哪里去了。

其他发表过批判砷生命假设文章的研究人员认为,雷德菲尔德和同事们根据试验结果,提出了一个合理的反驳,但是它很难明确地证明GFAJ-1 的DNA中完全不含砷。雷德菲尔德和同事希望能在月底将他们的研究呈交给《科学》杂志,但是她并不计划进行附加的实验来解答由砷生命假设辩护者提出的实验缺陷。

本文编译自: 《科学美国人》网站1月23日
编译者: 风之精灵王
图片: Science/AAAS

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