NASA新發現的嗜砷細菌令人著迷，但它們並非外星生物 [更新 + 影片]

生物學家分離出一種細菌，這種細菌可以利用一種致命化學物質來取代生命的關鍵組成部分之一。美國太空總署表示，這項發現可能對天體生物學和我們對地球生命的理解產生重大影響。

在這項研究中，研究人員檢測了一種生活在加州東北部一個高鹽高砷湖泊中的細菌，距離優勝美地國家公園不遠。它既不是外星生物，也不是「新生命」——它是一種原本就存在的細菌，生活在惡劣的環境中，並在實驗室中經過了人為改造。

但這項研究結果令人矚目，因為先前從未有過類似的嘗試。我們所知的生命依賴六種關鍵元素—碳、氫、氧、氮、硫和磷。這種細菌能夠將磷轉化為砷——通常是一種致命毒素——不僅能夠存活，還能茁壯成長。研究表明，它能夠完全用磷取代砷，甚至將砷整合到其DNA和其他生物分子（如ATP）中。這是史無前例的發現，它顛覆了我們對生命運作方式的固有認知。

更新： “我不知道是否會出新材料，但今天之後肯定有一些段落和句子需要重寫，”亞利桑那州立大學教授詹姆斯·埃爾瑟說。

然而，這對天體生物學意味著什麼，目前還很難說。當科學家在其他星球上尋找生命，尤其是在像土衛六泰坦或火星土壤這樣充滿希望的地方尋找生命時，他們會尋找我們所知的生命跡象。這意味著碳基生命、利用氧氣和二氧化碳的呼吸作用、胺基酸等等。

這項發現告訴我們，應該摒棄這些假設，拓寬視野。如果地球上一種不起眼的細菌都能以有毒化學物質為生，那麼誰知道太陽係其他地方還潛藏著什麼呢？看來我們得重新校準一下質譜儀了。

「我欣喜地發現，這一結果或許會拓展我對宜居環境要素的認知，」美國宇航局戈達德太空飛行中心的天體生物學家、新型「好奇號」火星探測器首席研究員帕梅拉·康拉德說道。 「好奇號將攜帶旨在尋找生命跡象的實驗。這意味著，我們對其他星球上宜居環境的構成要素仍然知之甚少。我們必須不斷拓寬視野。”

根據美國太空總署天體生物學研究所的科學家、今天發表的論文的第一作者費利薩·沃爾夫-西蒙 (Felisa Wolfe-Simon) 稱，就其新陳代謝而言，這種名為 GFAJ-1 的變形菌其實並不怎麼有趣。例如，它並非化能合成細菌，利用化學物質而非光能來製造食物。從這個角度來看，它遠不如那些生活在高溫熱液噴口附近或黃石國家公園嚴酷硫磺湖中的、研究較為深入的極端微生物那樣引人注目。

但這很有意思，因為它是一種化學突變體。在沃爾夫-西蒙實驗室富含砷的環境中，它的DNA發生了變化。它用構成DNA骨架的核酸中的磷取代了砷，埃爾瑟說，這是一個革命性的結果。

埃爾瑟在周四的新聞發布會上說：“所有生物都利用磷來構建其DNA。今天我竟然坐在這裡討論這可能並非事實，這真是令人震驚。”

沃爾夫-西蒙說：「至少，這對我們理解微生物很有意義。微生物是最古老、最普遍的生命形式，而這項研究表明，我們對它們的了解遠比想像中要少。例如，可能還有許多其他種類的微生物能夠耐受砷，甚至在砷環境中生存。這只是人類首次真正嘗試尋找這類微生物。」

沃爾夫-西蒙表示，她思考化學替代問題已有數年之久。早在2006年，當她還在亞利桑那州立大學做博士後研究員時，她就提出尋找那些即使用各種化學物質替代生命基本組成部分也能生存的生命形式。這並非異想天開——先前已有微量金屬元素相互替代的例子，例如某些軟體動物中用銅取代鐵作為氧載體。被替代的元素具有一些化學相似性，這使得替代過程更為簡單。

砷和磷在化學性質上也十分相似－砷在元素週期表中位於磷的正下方，而且這兩種元素的外層電子數相同，因此它們的性質也十分相似。所以，從理論上講，用砷代替磷是合理的。沃爾夫-西蒙想驗證這種方法在實踐上是否有效，於是她選擇了一個可能的地方——加州的莫諾湖。儘管莫諾湖砷含量很高，鹽度是海洋的三倍，但湖中依然生物繁盛。

沃爾夫-西蒙及其同事從湖中採集了岩芯樣本，並將GFAJ-1帶回實驗室。他們模擬了湖泊環境，稀釋了天然磷，使混合物富含砷。這種微生物迅速生長，體積增加了1.5倍——其細胞內部形成了類似液泡的結構，這解釋了部分生長原因。美國太空總署的康拉德表示，生命體的結構會隨著環境的變化而改變，這是合乎邏輯的。

研究團隊運用多種分析方法證明，這種微生物的DNA中累積了砷。沃爾夫-西蒙表示，它仍然含有一些磷，但含量遠不足以解釋其生長。

她已經在著手一項更新的研究，旨在探討這種微生物在以砷和磷作為DNA成分進行複製時會產生什麼反應。這很可能是眾多研究的開端，這些研究將探討這種微生物的功能及其應用方式。例如，它或許可以幫助清理含砷的有毒廢棄物。在能源供應（以及磷資源）日益減少的今天，它甚至有可能催生出不含磷的生物燃料。但埃爾瑟表示，就目前而言，這在很大程度上仍停留在科幻小說的範疇。

儘管這種微小的微生物引起了廣泛關注，但外星生命仍然牢牢地屬於這個範疇。