18個(gè)月的爭(zhēng)論之后,，對(duì)于一種新的“生命形態(tài)”的官方判決是：在美國(guó)加利福尼亞州莫諾湖中發(fā)現(xiàn)的耐砷細(xì)菌仍然離不開磷,。作為這場(chǎng)爭(zhēng)論的結(jié)果，伴隨著Wolfe-Simon的論文于今年6月在《科學(xué)》雜志上的發(fā)表,，科學(xué)家們撰寫了8篇評(píng)論以表示對(duì)此的響應(yīng),。
2010年，由如今在加利福尼亞州勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室任職的微生物學(xué)家Felisa Wolfe-Simon率領(lǐng)的一個(gè)研究小組在《科學(xué)》雜志上報(bào)告說,，一種鹽單胞菌GFAJ-1能夠在重要的生化物質(zhì)——例如脫氧核糖核酸（DNA）——中用砷原子取代磷,。在它的細(xì)胞中，砷取代了磷成為構(gòu)成元素,。她還說,，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，這種細(xì)菌在砷溶液中仍能維持一定的生長(zhǎng)速度,。
這種細(xì)菌被發(fā)現(xiàn)在淺鹽湖莫諾湖富含砷的沉積層中“茁壯成長(zhǎng)”——而這個(gè)湖泊曾因出現(xiàn)在搖滾樂隊(duì)Pink Floyd 1975年的專輯《希望你在這里》中而名聲大噪,。
人們都知道生命依賴于六大基本元素：碳、氫,、氧,、氮、磷,、硫,。磷元素在細(xì)胞中起著極為重要的作用，包括維持DNA和核糖核酸（RNA）的構(gòu)架、參與形成細(xì)胞膜等,。砷和磷有一些類似的化學(xué)性質(zhì),，但這種元素對(duì)于生命而言通常都是有毒的，因此它能夠維持生命的假說可謂引發(fā)了一場(chǎng)風(fēng)暴,。
然而,，這一曾讓W(xué)olfe-Simon列入《時(shí)代》周刊美國(guó)年度最重要百人榜單的“新發(fā)現(xiàn)”，并沒有得到科學(xué)界完全認(rèn)同,。
加拿大溫哥華不列顛哥倫比亞大學(xué)的微生物學(xué)家Rosie Redfield著手驗(yàn)證了這一發(fā)現(xiàn),。她在今年的早些時(shí)候表示，自己無法在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下重復(fù)Wolfe-Simon的發(fā)現(xiàn),。
如今作為兩篇相關(guān)論文中一篇論文的合著者，Redfield確認(rèn)了這一點(diǎn)——盡管這種細(xì)菌能夠耐受砷,，但它們還是依賴于磷,。這兩篇論文于7月8日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
Redfield和她的同事報(bào)告說,，當(dāng)GFAJ-1細(xì)菌在含有砷和非常少量的磷的介質(zhì)中生長(zhǎng)時(shí),，它們的DNA中沒有檢測(cè)到砷化合物，如砷酸鹽（磷酸鹽的砷類似物）,。而在另一篇論文中,，瑞士蘇黎世市聯(lián)邦理工學(xué)院的微生物學(xué)家Julia Vorholt和她的同事報(bào)告說，這種GFAJ-1細(xì)菌無法在含砷酸鹽的無磷培養(yǎng)基中生長(zhǎng),。但是,，它能夠在含砷酸鹽的低磷環(huán)境中生長(zhǎng)。研究小組寫道,，GFAJ-1“是一種耐砷但依然需要磷的細(xì)菌”,。文章指出，這一細(xì)菌只是有時(shí)候會(huì)把砷酸轉(zhuǎn)化成很小的分子來部分取代磷,，因此不存在砷完全取代磷成為生命構(gòu)成元素這種說法,。
“我認(rèn)為我們現(xiàn)在掌握了非常堅(jiān)實(shí)的證據(jù)，表明GFAJ-1的新陳代謝依賴于磷,，就像其他所有已知的有機(jī)生命形式一樣,。”Vorholt說，“這些非常頑強(qiáng)并且能夠極好地適應(yīng)環(huán)境的微生物似乎可以從極端貧磷的環(huán)境中有效地汲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),。”
Vorholt補(bǔ)充說,，Wolfe-Simon的研究團(tuán)隊(duì)一開始用來進(jìn)行試驗(yàn)的樣本顯然比最初的想象含有更多的磷濃聚物。
《科學(xué)》雜志在一份聲明中表示：“新的研究顯示,，GFAJ-1并沒有打破長(zhǎng)久以來的生命法則,，與Wolfe-Simon對(duì)其團(tuán)隊(duì)給出的數(shù)據(jù)的解讀恰好相反。”
Wolfe-Simon表示：“原始的GFAJ-1論文強(qiáng)調(diào)了細(xì)菌對(duì)砷的耐受性，但同時(shí)也暗示了細(xì)胞需要磷,，就像在這兩篇論文中看到的那樣,。”她說：“無論如何，我們的數(shù)據(jù)指出了非常少量的砷酸鹽可能被結(jié)合到細(xì)胞和生物分子中去,，從而幫助細(xì)胞在高砷和低磷的環(huán)境中生存下來,。這種低含量的砷結(jié)合可能是具有挑戰(zhàn)性的發(fā)現(xiàn)，并且一旦細(xì)胞被打開將是不穩(wěn)定的,。”
她強(qiáng)調(diào),，GFAJ-1的故事遠(yuǎn)未結(jié)束。“關(guān)鍵問題是：這些細(xì)胞如何在致命濃度的砷環(huán)境中茁壯成長(zhǎng),，以及這些砷去了哪里,。”
Redfield指出，Wolfe-Simon團(tuán)隊(duì)急于發(fā)表這樣的觀點(diǎn)讓她難以理解——難道是他們想急于加快美國(guó)航天局尋找外星生命的腳步,？要知道,，如果構(gòu)成生命的基本元素可以由其他元素取代，人類對(duì)生命的認(rèn)識(shí)將發(fā)生重大改變,，在地球極端環(huán)境乃至外星球?qū)ふ疑乃悸芬材艿玫酵貙?，但顯然，科學(xué)界在這方面的研究還有很長(zhǎng)的路要走,。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1126/science.1218455
PMC:
PMID:
GFAJ-1 Is an Arsenate-Resistant, Phosphate-Dependent Organism
Tobias J. Erb, Patrick Kiefer, Bodo Hattendorf, Detlef Günther, Julia A. Vorholt
The bacterial isolate GFAJ-1 has recently been proposed to substitute arsenic for phosphorus to sustain growth. We have shown that GFAJ-1 is able to grow at low phosphate concentrations (1.7 μM), even in the presence of high concentrations of arsenate (40 mM), but lacked the ability to grow in phosphorus-depleted (<0.3 μM), arsenate-containing medium. High-resolution mass spectrometry analyses revealed that phosphorylated central metabolites and phosphorylated nucleic acids predominated. A few arsenylated compounds, including C6 sugar arsenates, were detected in extracts of GFAJ-1, when GFAJ-1 was incubated with AsO43-, but further experiments showed that they formed abiotically. Inductively coupled plasma mass spectrometry confirmed the presence of phosphorus and the absence of arsenic in nucleic acid extracts. Taken together, we conclude that GFAJ-1 is an arsenate-resistant, but still a phosphate-dependent bacterium.
