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NASA发现食砷细菌 转变地外生命搜索思路

北京时间2010年12月3日凌晨,美国国家航空航天局(NASA)宣布,科学家在加利福尼亚州湖泊中发现一种以剧毒的砷为食的“外星细菌”,这一奇特生命形式的存在暗示完全有可能在太空其他星球上发现生命体。

虽然科学家尚未发现外星人,但在地球上发现一种靠砷为生的细菌应该会拓展科学家的地外生命搜寻范围。

NASA称,新发现的细菌就像是科幻电视剧《星际迷航》中虚构的猛兽,将改写所有生物教科书中关于外星生命的理论,使地球外寻找生命的范围得以扩展。

发现奇特食砷细菌

美宇航局在一次备受期待的新闻发布会上表示,发现于加利福尼亚盐水湖的细菌GFAJ-1对砷没有耐性,它可以将这种有毒物质融入自身DNA和其他重要分子中以替代常见的磷。美宇航局天体生物学家菲莉莎·沃尔夫-西蒙(Felisa Wolfe-Simon)领导实施了这项研究。她说:“我们打开了在宇宙其他地方寻找生命的大门。我们能寻找别的什么东西?我们想去寻找别的什么东西?”沃尔夫-西蒙还是美国地质勘探局研究员。

美宇航局在11月29日发布了召开此次新闻发布会的消息,在互联网上引发了科学家在地外世界(可能是土星最大卫星土卫六)发现生命的种种猜测和传闻。GFAJ-1细菌的发现远未达到外界的这种预期,令那些充分发挥想象力的人的希望破灭。美宇航局天体生物学项目主任玛丽·沃蒂克(Mary Voytek)当天对记者说:“如果让这些人失望了,我非常抱歉。但这同样值得关注,是一项非凡的发现。”

据科学家介绍,碳、氢、氮、氧、磷和硫是地球上所有已知生命形式的六大基本构建元素。其中,磷是携带生命基因的DNA和RNA的主要化学成分,被认为是所有活细胞的最重要的元素。所以,发现一种用砷替代磷的细菌,就像是邂逅科幻电视聚集《星际迷航》中虚构的一种猛兽。沃蒂克说:“我们认为,两者之间可以划等号。它将从根本上改变我们定义生命的方式,甚至是寻找生命的方式。”

新型细菌改变生命定义方式

透射电子显微镜图显示了一种名为GFAJ-1的食砷细菌

这种细菌以砷为生的能力表明,在宇宙其他地方(如火星)寻找生命的科学家应该转变思路,拓展地外生命搜寻范围

NASA天体物理学家爱德华·威勒今晨在接受记者采访时说,科学家们在邻近加利福尼亚州莫诺湖湖底发现的新型细菌——“菌株GFAJ-1”,能够像普通生命一样生存,但是它依赖于砷元素。

爱德华强调称,砷是地球上最有毒性化学物质之一,但这种“外星细菌”不仅可以吞食砷,还可以在含砷的环境中生存,它甚至可以将砷元素与自己DNA分子结合,并使其作为构成生命的一个重要部分。

爱德华说,目前所有已知物种都是由磷作为生命组成的元素,“这将从根本上改变我们定义生命的方式,甚至是寻找生命的方式。”

爱德华说,“外星细菌”在生物结构上与地球物种很相似,但同时还具有明显的外星生物特征。“这一重大发现证明,一些行星的大气层虽然缺乏磷这种重要的生命元素,但也可能有生物存在。”他说。

GFAJ-1菌株是一种常见细菌群的成员,研究人员用一种非常依赖于磷的食物成功地培育出这种微生物,但砷在其中发挥了巨大的协助作用

当研究人员将磷去掉,换成砷,这些微生物仍可以继续生长,并且砷已经成为这种生物重要的生物化学体系的一部分。

费利萨·西蒙在处理从莫诺湖中取出的泥块,充当用砷培育微生物的“温床”

碳、氢、氮、氧、磷和硫是地球有所有已知生命形式的六大基本构建元素。其中,磷是携带生命基因的DNA和RNA的主要化学成分,被认为是所有活细胞的最重要的元素。磷还是所有细胞(三磷酸腺苷)中携带能量的分子以及构成所有细胞隔膜的磷脂的核心成分。

但是,新发现的细菌并不是这样,它完全不同,其细胞成分中以砷取代了磷。这种情况通常被认为是完全不可能的,因为砷对地球上多数生命有毒。这一发现表明人类对生命本身的理解还存在许多未知领域,同时也暗示完全有可能在其他行星上发现与地球生命不同的生命形态

这项研究的首席科学家、美国宇航局研究员费利萨•沃尔夫•西蒙表示:“我知道有些微生物可以呼吸砷,但我们发现的微生物与众不同,它的部分机体组成由砷构成。如果地球上的某些东西可以做这样一些出乎我们意外的事情,那么生命还能做哪些我们还未发现的事情呢?”

新发现的微生物——菌株GFAJ-1是一个常见细菌群Gammaproteobacteria的成员,研究人员用一种非常依赖于磷的食物成功地培育出这种微生物,但砷在其中发挥了巨大的协助作用。当研究人员将磷去掉,换成砷,这些微生物仍可以继续生长。随后的研究发现,砷被用于产生新 GFAJ-1细胞的“砌块”。研究人员研究的最重要的问题是,当这种微生物依靠砷生长时,砷实际上已经成为这种生物重要的生物化学体系(诸如DNA、蛋白质细胞膜)的一部分。

这项研究成果将促使科学界重新检视许多领域目前正在进行的研究,其中包括对地球演化的研究、有机化学、生物地球化学循环、缓解疾病以及地球系统研究。这些发现也将在微生物学和其他研究领域新的战场。

美国宇航局天体生物学研究所所长卡尔•皮切尔表示:“替换生命的化学成分这样的想法在科幻作品中很常见,但在此之前,将砷作为砌块,形成生命,只在理论上存在,但现在我们知道莫诺湖中就有这样的生命存在。”

外星人未必和我们的构成元素相同

中国科学院紫金山天文台研究员、行星天文学家王思潮上午告诉法晚记者,NASA这一发现为探索外星人拓展了视野,具有重大意义。

王思潮认为,接下来科学家们还需要从各个领域不断检验外星人是否存在,“外星人不一定和我们地球生命一样由碳等六大元素构成,现在已经不能武断地说,哪个行星上缺少了什么元素就一定没有生命存在”。

或有茅塞顿开的感觉

据研究人员介绍,尤其对那些在土卫六、火星和太阳系其他天体及太阳系以外寻找生命的科学家来说,这项重大发现或许会令他们有一种茅塞顿开的感觉。因为如果地球上的一些生命形式能从事完全不同于科学家之前想象的活动,那谁又了解外星生命的面貌呢?

美宇航局戈达德太空飞行中心天体生物学家帕梅拉·康拉德说:“最新发现表明,我们对构成宜居环境的条件认识仍然不全面。它会转变我们的思路。”康拉德还补充说,这一发现还强调了一点,即研究人员不应将主要精力放在寻找某些分子的迹象上,相反,他们应该对特定地点的各种可变因素展开评估

例如,在某些环境中,如土卫六,相比于磷,砷更有可能是生命的基本构成元素。土卫六表面温度非常低,平均只有零下290华氏度(约合零下179摄氏度),像磷酸盐这样结构稳定的分子在这种环境下可能反应性不足,无法帮助生成生命或支持生命的存在。磷酸盐是由磷和氧构成的分子,是“正常”生命DNA的重要成分。

而在奇怪的GFAJ-1细菌中,砷却可以取代远比它结构更稳定的磷。美国应用分子进化基金会的生物化学家史蒂文·本纳在新闻发布会上表示,在土卫六上,“你或许可以期待砷的反应性有所增强。”本纳也对最新发现提出了质疑,表示他个人认为砷结构可能极为不稳定,无法被融入到GFAJ-1细菌的DNA。

转变搜索地外生命思路

GFAJ-1细菌既可以利用磷存活,也可以利用砷生长。事实上,当摄入磷时,这种细菌生长速度更快。所以,研究人员表示,它可能只是适应能力非常强,而并不是一种因特点截然不同,属于另一个独立“生命树”的生命形式。研究人员指出,这种微生物或许存在于别的地方,有待他们去发现。

如果这种“影子生物圈”的确存在——如果生命真的在地球上进化过不止一次——这将表明生命并不是如此的特别,它可以相当容易地扎根于某个地方。这样一来,宇宙中其他世界存在生命的几率将大大增加。眼下,这仅仅是猜测。研究人员表示,最新研究确实拓宽了科学家对各种新的可能性的认识,表明生命能够以比以前想象的更多形式存在,生活在更为广泛的地方。

他们最终指出,所以,重要的是要保证搜寻生命的探测器具有足够的灵活性,可以探索许多不同的环境,寻找许多不同的分子。这样,将来发射的探测器就能降低仅因某种生命以完全不同于之前预期的形式存在,就忽略这种外星生命证据的几率。

 

还没发现外星人 NASA专家道歉:又让大家失望

11月16日,NASA曾宣布发现了最年轻的黑洞,由于预告信息过于模糊,网络上一度热传“NASA发现了外星人”。

不久后的 11月29日,NASA又宣布称将宣布一项天体生物学的新发现,称将“对地外生命的搜寻产生影响”,又立刻让人们怀疑是NASA要宣布发现外星生命的消息。

有美国报刊以《他们发现了E.T.?》、《NASA发现了火星人?》为新闻标题,韩国媒体也报道称“NASA将召开记者会谈外星人”。

NASA天体生物学项目主任玛丽·沃蒂克今晨对记者说:“如果让这些人失望了,我非常抱歉。但 GFAJ-1菌株的发现同样值得关注,是一项非凡的发现。” 文/记者郭悦 陶韵西

事件日期:2010年12月03日

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