臭名昭著的耐砷細菌終究還是需要磷

兩個研究團隊重複了一項備受爭議的研究,發現生命的化學規則仍然沒有被打破

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來自《自然》雜誌

經過18個月的爭議,官方的結論是:在加利福尼亞州莫諾湖發現的一種耐砷細菌不能在沒有磷的情況下生存。

2010年,由現在位於加利福尼亞州伯克利的勞倫斯伯克利國家實驗室的微生物學家費利薩·沃爾夫-西蒙領導的一個研究小組在《科學》1上線上報道稱,Halomonadaceae細菌GFAJ-1可以在諸如DNA之類的關鍵生化物質中包含砷原子而不是磷原子。


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這種細菌是在淺水鹽湖莫諾湖富含砷的沉積物中發現的,莫諾湖以其出現在平克·弗洛伊德1975年專輯《Wish You Were Here》的明信片插頁上而聞名。

所有已知的生命形式都依賴於至少六種元素:氫、碳、氮、氧、磷和硫。砷在化學性質上與磷有一些相似之處,但通常對生命有毒,因此它可能維持生命的說法引發了一系列問題,以及對在NASA熱情的新聞釋出會上如何公佈這一發現的批評(參見“微生物獲得毒性反應”)。

由於爭議,當沃爾夫-西蒙的論文於去年六月在《科學》上發表時,它附帶了來自科學家對論文做出回應的八條技術評論2–9

加拿大溫哥華不列顛哥倫比亞大學的微生物學家羅西·雷德菲爾德開始測試這一發現。今年早些時候,她說她無法在實驗室實驗中重現沃爾夫-西蒙的結果(參見“研究質疑基於砷的生命的存在”)。

雷德菲爾德現在是兩篇論文的合著者之一,這些論文證實,儘管細菌可以耐受砷,但它們確實依賴磷。這些論文於7月8日在《科學》10, 11發表。

毒性耐受性
雷德菲爾德和她的同事10報告說,當GFAJ-1細菌在含有砷和少量磷的培養基中生長時,它們的DNA中不含可檢測到的砷化合物,例如砷酸鹽(磷酸鹽的砷類似物)。在第二篇論文中,瑞士蘇黎世聯邦理工學院的微生物學家朱莉婭·沃爾霍特和她的同事11報告說,該細菌不能在無磷培養基中在砷酸鹽的存在下生長。然而,它可以在存在砷酸鹽的低磷條件下生長。該團隊寫道,GFAJ-1“是一種耐砷酸鹽,但仍然依賴磷酸鹽的細菌”。

“我認為我們現在有非常可靠的證據表明,GFAJ-1的新陳代謝與其他所有已知的有機生命形式一樣,都依賴於磷,”沃爾霍特說。“這些非常強大且適應性很強的微生物似乎能夠有效地從它們極度貧磷的環境中提取營養物質。”

沃爾霍特補充說,沃爾夫-西蒙的團隊用於其原始實驗的樣本顯然含有比最初認為的更大的磷濃度。

宣告中,《科學》表示:“新的研究表明,GFAJ-1並沒有打破長期以來的生命規則,這與沃爾夫-西蒙對其團隊資料的解釋相反。”

沃爾夫-西蒙說:“最初的GFAJ-1論文強調了對砷的耐受性,但正如這兩篇新論文中所見,暗示細胞需要磷。”“然而,我們的資料表明,少量砷酸鹽可能會被納入細胞和生物分子中,幫助細胞在高砷酸鹽和極低磷酸鹽的環境中生存。這種低量的砷摻入可能難以找到,一旦細胞被開啟就會不穩定。”

她補充說,GFAJ-1的故事遠未結束。“關鍵問題是:這些細胞如何在致命濃度的砷中茁壯成長?砷又去了哪裡?”

本文經《自然》雜誌許可轉載。該文章於2012年7月9日首次發表

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