“砷基生命”神话终结
《科学》杂志曾发表了一篇名为《一种能利用砷代替磷生长的细菌》(A Bacterium that Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus)的文字,掀起了一场关于“砷基生命”的议论热潮。这篇文章称,一种名为GFAJ-1的细菌能在高浓度砷的极端环境下生存。研究人员在培养基中逐步提高砷的含量,降低磷的含量,发现一些幸存菌株能够在这种环境下持续生长分裂。他们认为在DNA中砷可能替换了磷被用作组成DNA等生物大分子的材料。这一发现改变了人们关于生命由碳、氢、氧、氮、硫、磷六大基本元素组成的认识,如果这种砷替代磷的DNA真的存在,那么,之前我们对砷和磷所作的化学研究,还有我们所知道关于它们的生物代谢,都需要重新验证和修订,甚至还会牵涉到生命起源这样的重大科研命题。这篇文章发表后,在《科学》杂志上相继又出现了8篇文章,分别从不同角度对于“砷基生命”之所以存在的8个关键问题分别作了阐述。
文章发表后,很多科学家表示了怀疑。因为砷存在于含有磷酸盐的生命大分子中这一证据是间接的,并没有确凿的证据证明砷在DNA中,像磷一样形成磷酸盐形式构成DNA的骨架。加拿大不列颠哥伦比亚大学的Rosemary Redfield和普林斯顿大学的同事提出直言不讳的质疑,他们重复原作者的方法在砷中培养这种细菌,严格纯化步骤后,Redfield及同事使用液相色谱质谱检测了细菌DNA中的砷。结果与那篇文章相反,他们发现砷不能刺激细菌生长,并且没有证据显示砷被用作细菌的基因材料。
美国迈阿密大学的Murray Deutscher及其同事的研究对前述报道中针对细菌提供砷能促使其生长这一令人费解的现象给出了解释。他们使用放射性同位素标记了大肠杆菌的核糖体——细胞的蛋白质制造机,发现砷化物会导致核糖体降解,释放出磷。在含有砷而非磷的基质中培养了80个小时后,一些耐受砷化物的大肠杆菌开始慢慢生长。Deutscher认为,这些细菌的生长只是回收利用了核糖体降解产生的磷,而不是用砷替代了磷。