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發現可用有毒砷為生命建造基石的微生物

shareonce 發表於: 2012-7-30 22:54 來源: ADJ網路控股集團




  美國航太總署(NASA)天文生物學家Felisa Wolfe-Simon等人在美國加州東部的莫諾湖(Mono Lake)發現一種微生物,居然是以砷這種有毒元素為生命基礎而生長並繁殖,換言之,是以砷取代磷,成為它DNA和其他細胞的主要構成成分之一。這項發現勢必改寫生物化學的教科書,且意味著「生命」的定義必須向外擴展,科學家在地球上、甚至太陽系中搜尋生命訊息時,必須以更開放的態度去思考何謂生命。

  碳、氫、氮、氧、磷和硫是建造地球生命的基礎六元素。其中,磷是生命基因所在的DNA和RNA的主要化學組成之一。此外,磷也是所有細胞中負責攜帶能量的核心成分(三磷酸腺?,adenosine triphosphate,ATP),同時也是組成所有細胞膜的磷脂(phospholipids)主要成分。而砷元素,雖然化學上類似磷,但正因它類似磷,因此會干擾生命體的新成代謝,對地球絕大部分生命而言是毒素。

  生物學家之前已知某些細菌或微生物可以在含砷環境中生存,但這次發表的最新研究最大的不同之處,在於這些微生物本身就是以砷為細胞的建造基石。Wolfe-Simon等人表示:如果在地球上都會出現這種意料之外的生命型態,那麼生命必定還有許多奧秘是我們尚未瞭解的。



  這種新發現的微生物是編號為GFAJ-1的菌株,屬於很常見的 γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria)。在實驗室中,研究人員成功地培育繁殖從莫諾湖中採集而回的這類菌種,當研究人員將環境中的磷逐漸移除,代之以砷時,這些菌株仍持續生長。這些研究人員探究的關鍵,在於當這些微生物在砷環境中生長時,砷元素是否真的變成這些生物體中生化機制,如去氧核糖核酸(DNA)、蛋白質和所有細胞膜等的一部份?隨後以各式各樣精密儀器分析結果顯示:這些置入的砷元素都被用在製造新的GFAJ-1細胞。

  莫諾湖是加州第二大湖,Wolfe-Simon等人選擇莫諾湖做為研究目標,是因為這個湖的化學性質不尋常,特別是高鹽、高鹼及富含砷元素這些性質;之所以如此,在於這個湖非常獨立,過去50年間都少有外來新鮮水源補充更替的緣故。

  Wolfe-Simon等人的研究結果將衝擊許多其他正在進行的研究,包含地球演化、有機化學、生化循環、疾病症狀緩和或是地球系統研究等,甚至開啟了全新的微生物學研究領域。

  相關新聞亦可參考中研院天文網之「真的很外星!天『砷』我毒 照樣可以孕育生命」。