美国宇航局新发现的嗜砷细菌令人着迷，但并非外星人[更新 + 视频]

生物学家分离出一种能够利用致命化学物质代替生命关键构造块之一的细菌，美国宇航局称这一发现可能对天体生物学和我们对地球生命的理解产生重大影响。

在这项研究中，研究人员检查了一种生活在加利福尼亚州东北部约塞米蒂国家公园附近一个盐度极高、砷含量极高的湖泊中的细菌。它不是外星生物，也不是“新生命”——它是一种生活在恶劣环境中的现有细菌，是在实验室中被刻意操纵的。

但结果很有趣，因为以前从未有人做过这样的事。我们所知的所有生命都依赖于六种关键成分——碳、氢、氧、氮、硫和磷。这种细菌可以将磷转换为砷——通常是一种致命的毒素——不仅能生存下来，还能茁壮成长。研究表明，它可以将砷完全替换为磷，以至于砷被整合到其 DNA 和其他生物分子（如 ATP）中。这是第一次，它颠覆了我们对生命运作方式的假设。

更新：亚利桑那州立大学教授詹姆斯·埃尔瑟表示：“我不知道新教科书会怎样，但今天之后肯定会有一些段落和句子需要重写。”

然而，这对天体生物学意味着什么还不得而知。在寻找其他星球上的生命时，尤其是土星的卫星泰坦或火星土壤等有希望的地方，科学家们会寻找我们所知生命的迹象。这意味着碳基生命、用氧气和二氧化碳呼吸、氨基酸等等。

这一发现告诉我们，我们应该抛弃这些假设，拓宽我们的视野。如果地球上的普通细菌能够以有毒化学物质为生，那么谁知道太阳系其他地方可能潜伏着什么呢？我们必须重新校准我们的质谱仪。

“我觉得这个结果令人欣喜，因为它可能拓展了我对哪些环境成分可能使火星宜居的认识，”美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体生物学家、新“好奇号”火星探测器的首席研究员帕梅拉·康拉德说。“这意味着我们仍然不知道什么可能使另一个星球的环境宜居。我们必须不断拓宽我们的视野。”

美国宇航局天体生物学研究所的科学家、今天发表的论文的主要作者费利萨·沃尔夫-西蒙表示，就其新陈代谢而言，这种细菌（一种名为 GFAJ-1 的变形菌）其实并不十分有趣。例如，它不是化学合成细菌，不会使用化学物质而不是光来生产食物。从这一点来看，它不如生活在过热热液喷口或黄石国家公园严酷的硫磺湖附近的已研究透彻的极端微生物那么令人兴奋。

但它很有趣，因为它是一种化学突变体。在沃尔夫-西蒙实验室富含砷的环境中，它的 DNA 发生了变化。它用磷取代了构成 DNA 骨架的核酸中的砷，这是一个革命性的结果，埃尔瑟说。

“所有生物都利用磷来构建 DNA，”埃尔塞在周四的新闻发布会上说道。“我今天坐在这里讨论这种说法可能不正确，这真是令人震惊。”

沃尔夫-西蒙说，至少这对我们了解微生物来说很有趣。微生物是最古老、最普遍的生命形式，这项研究表明我们对它们的了解比我们想象的要少。例如，可能还有许多其他种类的微生物能够耐受砷或在砷中茁壮成长。这只是人们第一次真正尝试寻找一种微生物。

沃尔夫-西蒙说，她已经考虑化学替代好几年了。早在 2006 年，当她还是亚利桑那州立大学的博士后研究员时，她就提议寻找能够生存的生命形式，即使用各种化学物质替代生命的基本成分。这不是一个疯狂的假设——之前有一些微量金属元素相互替代的例子，例如，在一些软体动物中，用铜代替铁作为氧载体。交换的元素具有一些化学相似性，使转变更简单。

砷和磷在化学上也是类似的——砷在元素周期表中位于磷的正下方，并且这两个元素的外壳层电子数相同，因此它们的行为也类似。因此，从理论上讲，用磷代替砷是合理的。沃尔夫-西蒙想看看这在实践中是否可行，于是她去了一个可能的地方——加州的莫诺湖，尽管该湖的砷含量很高，盐度是海洋的三倍，但湖中却充满了生命。

沃尔夫-西蒙和同事从湖中取出岩心样本，并将 GFAJ-1 带入实验室。他们模拟了湖水环境，稀释了天然磷，直到混合物中砷含量丰富。微生物茁壮成长，体积增长了 1.5 倍——其细胞内部形成了类似液泡的结构，这部分解释了其生长的原因。NASA 的康拉德表示，生命体的结构会根据环境而发生变化，这是有道理的。

研究小组利用各种分析方法表明，这种微生物的 DNA 中积累了砷。沃尔夫-西蒙说，它还含有一些磷，但远不足以解释其生长。

她已经开始进行一项最新研究，以确定当这种微生物能够以砷和磷作为 DNA 成分进行复制时，它会做什么。这可能是许多研究中的第一项，旨在确定这种微生物能做什么——以及如何使用它。例如，它可以帮助清理含砷的有毒废物。在一个能源供应不断减少（磷供应也不断减少）的世界里，它甚至可能带来非磷基生物燃料来源。但埃尔瑟说，目前这基本上还只是科幻小说。

尽管这种微生物被大肆宣传，但外星生命也仍然属于这一类别。