地球上的“外星生命”

【資料簡介】

　　在加利福尼亞州湖泊中發(fā)現(xiàn)一種新物種“外星細(xì)菌”，它們主要以砷元素為食，并作為構(gòu)成生命的結(jié)構(gòu)元素

　　“砷基生命”今年年底“NASA開發(fā)布會(huì)”似乎注定會(huì)成為一個(gè)成語典故，北京時(shí)間2010年12月3日凌晨3:00，NASA在它的華盛頓總部又一次公布了一個(gè)“震撼世界”（其實(shí)原文是exceptional，非凡的 ）的消息：我們?cè)诘厍蛏?，確切地說是在美國加州的莫諾湖（Mono Lake，題圖），發(fā)現(xiàn)了對(duì)太空生物學(xué)很重要的東西：一種exceptional的細(xì)菌，我們姑且可以稱它“砷基生命”。

　　莫諾湖的湖水鹽度和堿度*，也是世界上的天然水體里砷含量zui高地方的之一，這種的生境造就了不少耐受環(huán)境的生物。而由NASA贊助的科學(xué)家Felisa Wolfe-Simon在湖底發(fā)現(xiàn)并在實(shí)驗(yàn)室成功培育的GFAJ-1菌株——屬于變形菌門（Proteobacteria），比單純耐受環(huán)境更向前走了一步，它利用本該忍受的物質(zhì)作為自身生命的基礎(chǔ)：對(duì)大多數(shù)生物有毒的砷，被它用來作為磷的替代物成為細(xì)胞的基本元素。

　　Felisa成功用砷培養(yǎng)出的GFAJ-1菌株，放射性同位素標(biāo)記證實(shí)了它們用砷組成自身（NASA）

　　如此看來，GFAJ-1確實(shí)是地球生命中的另類，但這和NASA所說的太空生物學(xué)有什么關(guān)系?GFAJ-1的exceptional之處在于，它*個(gè)證實(shí)了生命必需的元素可以替代的想法，因此，那些過去被描述為“不適合生命”的外星環(huán)境，也許需要重新審視，它們也許實(shí)際上對(duì)于當(dāng)?shù)氐纳鼇碚f是一片沃土。

　　被推翻的生命的基本元素CHONPS，看起來熟悉嗎?這不是一個(gè)單詞，這是中學(xué)生物課本上讓我們背誦的生命的六大基本元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫，它們一起組成了生物體所需的各大物質(zhì)：核酸、蛋白質(zhì)、糖類、脂類。其實(shí)對(duì)于這六位，我們也許早就想過“彼可取而代也”：我們?cè)诟鞣N科幻作品中看見過多次“硅基生命”這個(gè)詞：在元素周期表上碳下面一行的硅，取代碳成為生命的基石。不過，被科學(xué)首先證實(shí)的類似取代，卻發(fā)生在了排在第五位的磷而不是碳身上，我們猜到了開頭，卻沒有猜到結(jié)局。

　　一起來回顧一下磷元素在生命中的作用：

　　作為遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的DNA，大名是脫氧核糖核酸，而它的基本組成單位就是一分子磷酸連著一分子五個(gè)碳原子的糖，再加上一個(gè)堿基。好吧，我在說什么，化學(xué)都還給老師了不要緊，請(qǐng)看下圖：一段解開的DNA雙螺旋，重要的是DNA的兩根長鏈就是用紅圈中磷酸分子連接起來的。

　　DNA的一段，雙鏈通過中間的堿基對(duì)結(jié)合在一起，紅圈標(biāo)出了磷酸作為長鏈骨架的重要位置

　　繼續(xù)回憶中學(xué)生物，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄遺傳密碼并把它們翻譯成蛋白質(zhì)的RNA，不論它是信使、轉(zhuǎn)錄的密碼作為蛋白質(zhì)工廠的核糖體，它的單鏈結(jié)構(gòu)和DNA差不多，也是磷酸作為基本骨架連接起來的。

　　也許有相當(dāng)一部分人還記得ATP的大名，生物界通用的“能量貨幣”，它的全名叫做三磷酸腺苷。 另外，可能還有人記得組成細(xì)胞膜的是磷脂雙分子層，光合磷酸化和氧化磷酸化反應(yīng)，以及各種磷酸的激酶（如果大家真的都記得，小編內(nèi)牛滿面）……

　　因此，如果新的研究告訴你課本上這些磷字都可以換成砷，紅圈圈和ATP中的P都可以寫成As，科學(xué)家們要內(nèi)牛滿面了，你懂得吧。

　　為什么是砷取代了磷?為什么不是硅取代了碳?簡單而直接的原因是，GFAJ-1菌株是在一個(gè)砷很多而磷很少的湖里被發(fā)現(xiàn)的。

　　不過，我們也可以放在整個(gè)地球這樣的大環(huán)境中來考慮這個(gè)問題：碳在大氣中以二氧化碳，甚至在生命誕生初期以甲烷的形式無處不在，而且石灰?guī)r中的碳酸鹽也是隨處可見，硅雖然以二氧化硅的形式廣泛存在于巖石中，但它們的化學(xué)性質(zhì)很不活躍，難以被大部分生物利用。

　　而磷的情況怎么樣呢?磷幾乎不存在于大氣和水中，天然的磷單質(zhì)也不存在（因?yàn)榇蠹叶贾赖?ldquo;自燃”），地球上的磷主要儲(chǔ)存在磷酸鹽礦石中。而磷酸鹽的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，這也是為什么我們的骨骼有磷酸鈣的成分，因?yàn)榱姿徕}實(shí)在是很結(jié)實(shí)。這種結(jié)實(shí)的物質(zhì)需要生物們費(fèi)很大力氣和很多時(shí)間才能把它用到參與生命過程的反應(yīng)中去，因此地球上有很多地方容易出現(xiàn)因?yàn)榱锥?ldquo;饑餓”的生態(tài)系統(tǒng)。