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NASA發現食砷細菌 轉變地外生命搜索思路

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北京時間2010年12月3日凌晨,美國國家航空航天局(NASA)宣布,科學家在加利福尼亞州湖泊中發現一種以劇毒的砷為食的“外星細菌”,這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發現生命體。

雖然科學家尚未發現外星人,但在地球上發現一種靠砷為生的細菌應該會拓展科學家的地外生命搜尋范圍。

NASA稱,新發現的細菌就像是科幻電視劇《星際迷航》中虛構的猛獸,將改寫所有生物教科書中關于外星生命的理論,使地球外尋找生命的范圍得以擴展。

發現奇特食砷細菌

美宇航局在一次備受期待的新聞發布會上表示,發現于加利福尼亞鹽水湖的細菌GFAJ-1對砷沒有耐性,它可以將這種有毒物質融入自身DNA和其他重要分子中以替代常見的磷。美宇航局天體生物學家菲莉莎·沃爾夫-西蒙(Felisa Wolfe-Simon)領導實施了這項研究。她說:“我們打開了在宇宙其他地方尋找生命的大門。我們能尋找別的什么東西?我們想去尋找別的什么東西?”沃爾夫-西蒙還是美國地質勘探局研究員。

美宇航局在11月29日發布了召開此次新聞發布會的消息,在互聯網上引發了科學家在地外世界(可能是土星最大衛星土衛六)發現生命的種種猜測和傳聞。GFAJ-1細菌的發現遠未達到外界的這種預期,令那些充分發揮想象力的人的希望破滅。美宇航局天體生物學項目主任瑪麗·沃蒂克(Mary Voytek)當天對記者說:“如果讓這些人失望了,我非常抱歉。但這同樣值得關注,是一項非凡的發現。”

據科學家介紹,碳、氫、氮、氧、磷和硫是地球上所有已知生命形式的六大基本構建元素。其中,磷是攜帶生命基因的DNA和RNA的主要化學成分,被認為是所有活細胞的最重要的元素。所以,發現一種用砷替代磷的細菌,就像是邂逅科幻電視聚集《星際迷航》中虛構的一種猛獸。沃蒂克說:“我們認為,兩者之間可以劃等號。它將從根本上改變我們定義生命的方式,甚至是尋找生命的方式。”

新型細菌改變生命定義方式

透射電子顯微鏡圖顯示了一種名為GFAJ-1的食砷細菌

這種細菌以砷為生的能力表明,在宇宙其他地方(如火星)尋找生命的科學家應該轉變思路,拓展地外生命搜尋范圍

NASA天體物理學家愛德華·威勒今晨在接受記者采訪時說,科學家們在鄰近加利福尼亞州莫諾湖湖底發現的新型細菌——“菌株GFAJ-1”,能夠像普通生命一樣生存,但是它依賴于砷元素。

愛德華強調稱,砷是地球上最有毒性化學物質之一,但這種“外星細菌”不僅可以吞食砷,還可以在含砷的環境中生存,它甚至可以將砷元素與自己DNA分子結合,并使其作為構成生命的一個重要部分。

愛德華說,目前所有已知物種都是由磷作為生命組成的元素,“這將從根本上改變我們定義生命的方式,甚至是尋找生命的方式。”

愛德華說,“外星細菌”在生物結構上與地球物種很相似,但同時還具有明顯的外星生物特征。“這一重大發現證明,一些行星的大氣層雖然缺乏磷這種重要的生命元素,但也可能有生物存在。”他說。

GFAJ-1菌株是一種常見細菌群的成員,研究人員用一種非常依賴于磷的食物成功地培育出這種微生物,但砷在其中發揮了巨大的協助作用

當研究人員將磷去掉,換成砷,這些微生物仍可以繼續生長,并且砷已經成為這種生物重要的生物化學體系的一部分。

費利薩·西蒙在處理從莫諾湖中取出的泥塊,充當用砷培育微生物的“溫床”

碳、氫、氮、氧、磷和硫是地球有所有已知生命形式的六大基本構建元素。其中,磷是攜帶生命基因的DNA和RNA的主要化學成分,被認為是所有活細胞的最重要的元素。磷還是所有細胞(三磷酸腺苷)中攜帶能量的分子以及構成所有細胞隔膜的磷脂的核心成分。

但是,新發現的細菌并不是這樣,它完全不同,其細胞成分中以砷取代了磷。這種情況通常被認為是完全不可能的,因為砷對地球上多數生命有毒。這一發現表明人類對生命本身的理解還存在許多未知領域,同時也暗示完全有可能在其他行星上發現與地球生命不同的生命形態

這項研究的首席科學家、美國宇航局研究員費利薩•沃爾夫•西蒙表示:“我知道有些微生物可以呼吸砷,但我們發現的微生物與眾不同,它的部分機體組成由砷構成。如果地球上的某些東西可以做這樣一些出乎我們意外的事情,那么生命還能做哪些我們還未發現的事情呢?”

新發現的微生物——菌株GFAJ-1是一個常見細菌群Gammaproteobacteria的成員,研究人員用一種非常依賴于磷的食物成功地培育出這種微生物,但砷在其中發揮了巨大的協助作用。當研究人員將磷去掉,換成砷,這些微生物仍可以繼續生長。隨后的研究發現,砷被用于產生新 GFAJ-1細胞的“砌塊”。研究人員研究的最重要的問題是,當這種微生物依靠砷生長時,砷實際上已經成為這種生物重要的生物化學體系(諸如DNA、蛋白質細胞膜)的一部分。

這項研究成果將促使科學界重新檢視許多領域目前正在進行的研究,其中包括對地球演化的研究、有機化學、生物地球化學循環、緩解疾病以及地球系統研究。這些發現也將在微生物學和其他研究領域新的戰場。

美國宇航局天體生物學研究所所長卡爾•皮切爾表示:“替換生命的化學成分這樣的想法在科幻作品中很常見,但在此之前,將砷作為砌塊,形成生命,只在理論上存在,但現在我們知道莫諾湖中就有這樣的生命存在。”

外星人未必和我們的構成元素相同

中國科學院紫金山天文臺研究員、行星天文學家王思潮上午告訴法晚記者,NASA這一發現為探索外星人拓展了視野,具有重大意義。

王思潮認為,接下來科學家們還需要從各個領域不斷檢驗外星人是否存在,“外星人不一定和我們地球生命一樣由碳等六大元素構成,現在已經不能武斷地說,哪個行星上缺少了什么元素就一定沒有生命存在”。

或有茅塞頓開的感覺

據研究人員介紹,尤其對那些在土衛六、火星和太陽系其他天體及太陽系以外尋找生命的科學家來說,這項重大發現或許會令他們有一種茅塞頓開的感覺。因為如果地球上的一些生命形式能從事完全不同于科學家之前想象的活動,那誰又了解外星生命的面貌呢?

美宇航局戈達德太空飛行中心天體生物學家帕梅拉·康拉德說:“最新發現表明,我們對構成宜居環境的條件認識仍然不全面。它會轉變我們的思路。”康拉德還補充說,這一發現還強調了一點,即研究人員不應將主要精力放在尋找某些分子的跡象上,相反,他們應該對特定地點的各種可變因素展開評估

例如,在某些環境中,如土衛六,相比于磷,砷更有可能是生命的基本構成元素。土衛六表面溫度非常低,平均只有零下290華氏度(約合零下179攝氏度),像磷酸鹽這樣結構穩定的分子在這種環境下可能反應性不足,無法幫助生成生命或支持生命的存在。磷酸鹽是由磷和氧構成的分子,是“正常”生命DNA的重要成分。

而在奇怪的GFAJ-1細菌中,砷卻可以取代遠比它結構更穩定的磷。美國應用分子進化基金會的生物化學家史蒂文·本納在新聞發布會上表示,在土衛六上,“你或許可以期待砷的反應性有所增強。”本納也對最新發現提出了質疑,表示他個人認為砷結構可能極為不穩定,無法被融入到GFAJ-1細菌的DNA。

轉變搜索地外生命思路

GFAJ-1細菌既可以利用磷存活,也可以利用砷生長。事實上,當攝入磷時,這種細菌生長速度更快。所以,研究人員表示,它可能只是適應能力非常強,而并不是一種因特點截然不同,屬于另一個獨立“生命樹”的生命形式。研究人員指出,這種微生物或許存在于別的地方,有待他們去發現。

如果這種“影子生物圈”的確存在——如果生命真的在地球上進化過不止一次——這將表明生命并不是如此的特別,它可以相當容易地扎根于某個地方。這樣一來,宇宙中其他世界存在生命的幾率將大大增加。眼下,這僅僅是猜測。研究人員表示,最新研究確實拓寬了科學家對各種新的可能性的認識,表明生命能夠以比以前想象的更多形式存在,生活在更為廣泛的地方。

他們最終指出,所以,重要的是要保證搜尋生命的探測器具有足夠的靈活性,可以探索許多不同的環境,尋找許多不同的分子。這樣,將來發射的探測器就能降低僅因某種生命以完全不同于之前預期的形式存在,就忽略這種外星生命證據的幾率。

 

還沒發現外星人 NASA專家道歉:又讓大家失望

11月16日,NASA曾宣布發現了最年輕的黑洞,由于預告信息過于模糊,網絡上一度熱傳“NASA發現了外星人”。

不久后的 11月29日,NASA又宣布稱將宣布一項天體生物學的新發現,稱將“對地外生命的搜尋產生影響”,又立刻讓人們懷疑是NASA要宣布發現外星生命的消息。

有美國報刊以《他們發現了E.T.?》、《NASA發現了火星人?》為新聞標題,韓國媒體也報道稱“NASA將召開記者會談外星人”。

NASA天體生物學項目主任瑪麗·沃蒂克今晨對記者說:“如果讓這些人失望了,我非常抱歉。但 GFAJ-1菌株的發現同樣值得關注,是一項非凡的發現。” 文/記者郭悅 陶韻西

事件日期:2010年12月03日

本文知識點

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