??科學(xué)界以往認(rèn)為生命由碳、氫、氮、氧、磷和硫6種基本元素構(gòu)成，但美國研究人員在2010年12月2日宣布，在加利福尼亞州東部莫諾湖找到一種細(xì)菌。

與其他已知的生命形態(tài)不同，這種細(xì)菌依賴另一種元素：砷（As）。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)拓寬了科學(xué)界以往對(duì)構(gòu)成生命基本元素的認(rèn)知，或許也為科學(xué)家探索外星生命提供新的參考依據(jù)。

01 新發(fā)現(xiàn)，生命并不止6種基本元素

這項(xiàng)研究由NASA（美國國家航空航天局）資助。

研究成果當(dāng)天發(fā)表在《科學(xué)快訊》雜志網(wǎng)站。?

研究報(bào)告說，這種細(xì)菌不僅能借助砷元素繁殖，而且在生長過程中能利用砷元素合成脫氧核糖核酸（DNA）和細(xì)胞膜。?

研究報(bào)告作者之一、亞利桑那州立大學(xué)地球和空間探索學(xué)院學(xué)者安巴爾2日說：“這種有機(jī)體來自大自然，是一種已知細(xì)菌，并非全新品種，但先前沒有人發(fā)現(xiàn)它能借助砷繁殖。”?

“根據(jù)以往的理論，生命的存在需要六種基本元素，”安巴爾說，“我們的新發(fā)現(xiàn)在于砷是構(gòu)成這種細(xì)菌的基本元素?！?

研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)將開啟生物學(xué)新篇章，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也將發(fā)揮重要作用。

加州斯克利普斯研究院化學(xué)家、分子生物學(xué)家喬伊斯說，這項(xiàng)工作“證明一個(gè)原則，你可以有一個(gè)不同的生命形式?！彼f，這種細(xì)菌有可能會(huì)被定義成第三種生命形式，像深海的極端微生物一樣。?

NASA本周早些時(shí)候通報(bào)說，將舉行一場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)，宣布科學(xué)家在“天體生物學(xué)領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)，這一發(fā)現(xiàn)足以影響對(duì)外星生命的搜尋”，引發(fā)網(wǎng)絡(luò)熱議。

如果經(jīng)證實(shí)，砷確實(shí)能作為構(gòu)成生命的另一基本元素，科學(xué)家在探索外星生命時(shí)將不再局限先前六種元素，而多了一個(gè)參考依據(jù)，也多了一個(gè)思路，“生命是什么、生命存在于何處”概念的范圍也將擴(kuò)大。?

02 大意義，有助于尋找“外星生命”

科學(xué)家們推測(cè)，這些以砷為生的生命可能是我們這顆星球上很古老的居民。

在地球上的磷還沒有被生物圈搬運(yùn)到全世界的時(shí)候，也許很多地方的生物只能靠砷吃飯，用亞砷酸來進(jìn)行光合作用的生物也許也比現(xiàn)代我們熟悉的光合生物出現(xiàn)得早。

如果原始地球是這樣一種景象，那么何況外星呢？

我們認(rèn)為砷基生命的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，只是在我們這個(gè)物種的體溫和我們感到舒適的室溫條件下，而在零下180攝氏度的土衛(wèi)六上，情況又如何呢？?

那些“不適合生物生存”的星球，也許只是由于我們認(rèn)識(shí)局限的一廂情愿。

至少在今天，我們知道生物學(xué)家們長期以來熟悉的地球生命六大元素就有可能被取代。

“科學(xué)始于當(dāng)你不相信專家之時(shí)?！盢ASA發(fā)布會(huì)上，一位嘉賓這樣說。

發(fā)現(xiàn)可能會(huì)對(duì)太空任務(wù)產(chǎn)生影響，如到火星或者其它地方尋找生命。

這些實(shí)驗(yàn)性任務(wù)主要是搜索一些化學(xué)元素，它們的反應(yīng)，認(rèn)識(shí)這些元素及其反應(yīng)是以地球生命的形成為依據(jù)的。

1976年海盜號(hào)曾試圖在火星尋找生命，但失敗而終，新生命形態(tài)的發(fā)現(xiàn)者、前亞利桑那州立大學(xué)地球和空間探索學(xué)院博士后西蒙說，當(dāng)時(shí)還沒有發(fā)現(xiàn)深海的新生物，也沒有南極洲干谷的概念。?

在化學(xué)周期表中，砷剛好處在磷之下，它們有相似的共性。西蒙說，實(shí)際上這種相似性讓砷含毒，它可以輕易進(jìn)入細(xì)胞進(jìn)行破壞，像壞汽油進(jìn)入到引擎中一樣。

03 新物種是怎么發(fā)現(xiàn)的？

2006年在美國亞利桑那州一個(gè)外星生命討論會(huì)上，西蒙、安巴爾和同事戴維斯開始探討一個(gè)想法，即地球上可能存在與已知生命不同的全新生命形態(tài)，也就是科學(xué)家所說的“超自然生命”。?

三人2009年發(fā)表論文提出，由于在元素周期表中，砷位于磷下方，與磷同族，具有相似的化學(xué)性質(zhì)，地球上或許存在“以砷代磷”的生命形態(tài)。

“我們不僅假設(shè)，類似已知生命形態(tài)的生化系統(tǒng)能夠利用砷酸鹽取代磷酸鹽在生物方面的作用，”西蒙說，“而且我們猜測(cè)，這類有機(jī)體曾出現(xiàn)在遠(yuǎn)古時(shí)期的地球，甚至依然在當(dāng)今地球某些特殊的環(huán)境中生存?！?

西蒙隨后與美國地質(zhì)勘探局微生物學(xué)家奧倫蘭展開實(shí)地勘察，從莫諾湖中采集沉積物樣本帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

她將樣本放入實(shí)驗(yàn)瓶中，不斷提高瓶中砷含量，降低硫含量，最終找到了這種細(xì)菌。

西蒙說，每天去實(shí)驗(yàn)室時(shí)都要屏住呼吸，擔(dān)心微生物會(huì)死掉，幸運(yùn)的是，它們活下來了。

新發(fā)現(xiàn)的微生物名為菌株“GFAJ-1”，它是湖中成長最好的細(xì)菌。

在砷中，這種細(xì)胞比在磷中成長要大60%。

在放射性環(huán)境下，砷原子能在DNA中占據(jù)重要位置，如同其它元素在分子中一樣。

因此，研究者找到了確證，砷的確能在DNA中成為主要元素。?

04 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”是在砷很多而磷很少的湖里被發(fā)現(xiàn)的。

我們也可以放在大環(huán)境中來考慮這個(gè)問題：碳以二氧化碳，甚至在生命誕生初期以甲烷的形式無處不在，而且石灰?guī)r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(xué)性質(zhì)很不活躍，難以被大部分生物利用。

而磷呢？

磷幾乎不存在于大氣和水中，天然的磷單質(zhì)也不存在，地球上的磷主要儲(chǔ)存在磷酸鹽礦石中。

磷酸鹽的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，這也是為什么骨骼有磷酸鈣的成分，因?yàn)榱姿徕}實(shí)在很結(jié)實(shí)。

這種結(jié)實(shí)的物質(zhì)需要生物們費(fèi)很大力氣和很多時(shí)間才能把它用到參與生命過程的反應(yīng)中去，因此地球上有很多地方容易出現(xiàn)因?yàn)榱锥梆囸I”的生態(tài)系統(tǒng)。

砷同樣也主要存在于礦石中，不過砷有天然的單質(zhì)，它并不比磷更難利用，甚至在一些地方比磷更豐富，比如莫諾湖。

其實(shí)砷之所以有毒，就是因?yàn)樗菀妆簧镥e(cuò)用：砷作為和磷類似的物質(zhì)，時(shí)常參與到生物的新陳代謝中，常溫下的試管里，AMP（單磷酸腺苷，比ATP少兩個(gè)磷酸，RNA的基本單元之一）需要酶促反應(yīng)才能生成，而AMAs（單砷酸腺苷）很容易自動(dòng)生成。

因?yàn)橛缮榻M成的物質(zhì)干擾了本該由磷來參與的生命過程，所以它有毒，著名的毒藥比如砒霜，即三氧化二砷。

05 傳統(tǒng)概念下6種生命基本元素

一切生命活動(dòng)與細(xì)胞的化學(xué)成分密切相關(guān)。

原生質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)的生命物質(zhì)，主要成分是蛋白質(zhì)，脂類和核酸。

原生質(zhì)分化為細(xì)胞膜，細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核等部分，細(xì)胞壁不是原生質(zhì)。

構(gòu)成細(xì)胞的基本元素是C（碳）、H（氫）、O（氧）、N（氮）、P（磷）、S（硫），這些元素有些是細(xì)胞的組成物質(zhì)，有些則是維持細(xì)胞正常生命活動(dòng)所必需的物質(zhì)。

例如：C、H、O和N都是構(gòu)成生命物質(zhì)的必需元素，它們均是構(gòu)成蛋白質(zhì)的必要成分。

蛋白質(zhì)則是原生質(zhì)的主要構(gòu)成成分，可以說沒有蛋白質(zhì)就沒有生命，P和S也是細(xì)胞生命物質(zhì)的重要組成成分。

核酸和磷脂這些重要化合物均含有P，P還參與細(xì)胞的能量代謝。

細(xì)胞的化學(xué)成分主要是構(gòu)成細(xì)胞的各種化合物。

這些化合物包括無機(jī)物和有機(jī)物。

一般指含碳?xì)涞幕衔锛捌溲苌锞徒杏袡C(jī)物。各種物質(zhì)在活細(xì)胞中的含量從少到多的正常排序是：核酸、無機(jī)鹽、蛋白質(zhì)、水。