地球上的“外星生命”

【資料簡介】

　　在加利福尼亞州湖泊中發現一種新物種“外星細菌”，它們主要以砷元素為食，并作為構成生命的結構元素

　　“砷基生命”今年年底“NASA開發布會”似乎注定會成為一個成語典故，北京時間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“震撼世界”（其實原文是exceptional，非凡的 ）的消息：我們在地球上，確切地說是在美國加州的莫諾湖（Mono Lake，題圖），發現了對太空生物學很重要的東西：一種exceptional的細菌，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境的生物。而由NASA贊助的科學家Felisa Wolfe-Simon在湖底發現并在實驗室成功培育的GFAJ-1菌株——屬于變形菌門（Proteobacteria），比單純耐受環境更向前走了一步，它利用本該忍受的物質作為自身生命的基礎：對大多數生物有毒的砷，被它用來作為磷的替代物成為細胞的基本元素。

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

　　如此看來，GFAJ-1確實是地球生命中的另類，但這和NASA所說的太空生物學有什么關系?GFAJ-1的exceptional之處在于，它*個證實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”的外星環境，也許需要重新審視，它們也許實際上對于當地的生命來說是一片沃土。

　　被推翻的生命的基本元素CHONPS，看起來熟悉嗎?這不是一個單詞，這是中學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：核酸、蛋白質、糖類、脂類。其實對于這六位，我們也許早就想過“彼可取而代也”：我們在各種科幻作品中看見過多次“硅基生命”這個詞：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，被科學首先證實的類似取代，卻發生在了排在第五位的磷而不是碳身上，我們猜到了開頭，卻沒有猜到結局。

　　一起來回顧一下磷元素在生命中的作用：

　　作為遺傳物質基礎的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碳原子的糖，再加上一個堿基。好吧，我在說什么，化學都還給老師了不要緊，請看下圖：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結合在一起，紅圈標出了磷酸作為長鏈骨架的重要位置

　　繼續回憶中學生物，負責轉錄遺傳密碼并把它們翻譯成蛋白質的RNA，不論它是信使、轉錄的密碼作為蛋白質工廠的核糖體，它的單鏈結構和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胞膜的是磷脂雙分子層，光合磷酸化和氧化磷酸化反應，以及各種磷酸的激酶（如果大家真的都記得，小編內牛滿面）……

　　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，科學家們要內牛滿面了，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菌株是在一個砷很多而磷很少的湖里被發現的。

　　不過，我們也可以放在整個地球這樣的大環境中來考慮這個問題：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，而且石灰巖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，但它們的化學性質很不活躍，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，天然的磷單質也不存在（因為大家都知道的“自燃”），地球上的磷主要儲存在磷酸鹽礦石中。而磷酸鹽的化學性質很穩定，這也是為什么我們的骨骼有磷酸鈣的成分，因為磷酸鈣實在是很結實。這種結實的物質需要生物們費很大力氣和很多時間才能把它用到參與生命過程的反應中去，因此地球上有很多地方容易出現因為磷而“饑餓”的生態系統。