微生物产生毒性反应

研究人员质疑上周公布的基于砷的生命背后的科学原理。

作者:Alla Katsnelson

在宣布一种细菌菌株显然可以使用砷代替磷来构建其DNA和其他生物分子(这种能力在任何其他生物体中都是未知的)几天后,一些科学家正在质疑这一发现,并对它如何向非专业人士传达提出异议。

许多人很容易同意,上周在《科学》杂志上描述并被称为GFAJ-1的细菌(F. Wolfe-Simon et al. Science doi:10.1126/science.1197258; 2010)通过在加利福尼亚州莫诺湖和实验室中高浓度砷的环境中生存下来,完成了一项了不起的壮举。但他们认为,论文中的数据表明,微生物很可能不是在利用砷,而是在抵抗砷毒性的同时,尽可能地搜寻每一个磷酸盐分子。他们说,在NASA新闻发布会上声称该细菌代表了一种新的生命化学,充其量是为时过早的。


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“这是一个关于适应性的精彩故事,但它不是ET,”加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯研究所的生物化学家杰拉尔德·乔伊斯说。

在新闻发布会上,佛罗里达州盖恩斯维尔应用分子进化基金会的化学家史蒂文·本纳应邀出席活动并提供外部评论,他用钢链和锡箔链环的比喻来说明,据说细菌DNA中取代磷酸盐的砷酸根离子形成的键的稳定性要低几个数量级。本纳说,不仅生物体的DNA必须在较弱的键的情况下保持在一起,而且所有需要从环境中提取砷酸盐并将其构建到遗传物质中的分子也必须如此。包括亚利桑那州立大学坦佩分校的天体生物学家保罗·戴维斯在内的论文合著者反驳说,砷酸盐键可以通过专门的分子来加强,或者基于砷的生命仅仅比传统生命具有更高的分子分解和组装的转换率。

然而,最大的问题是,作者已经表明该生物体吸收了砷,但他们“尚未明确鉴定出任何含砷有机化合物”,马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院的生物地球化学家罗杰·萨蒙斯说。“而且这并不难做到,”他补充说,并指出该团队本可以使用靶向质谱法直接证实或证伪DNA或RNA中砷的存在。

一些研究人员认为,作者自己的数据暗示了一种生物体,它只是在吸收和隔离砷酸盐,同时利用其环境中的痕量磷酸盐。乔伊斯说,例如,论文显示,这些生物体看起来臃肿,并且含有大的、类似液泡的结构——这通常是隔离有毒物质的迹象。乔伊斯指出,对砷酸盐培养的细胞在其静止期进行了分析,这比活跃生长所需的磷酸盐更少,而且在高浓度砷酸盐中生长的细胞似乎不含任何RNA——可能是因为RNA产生已经关闭以节省磷酸盐。论文中的一项计算表明,在砷酸盐培养的细胞中,DNA实际上含有比砷多26倍的磷。

“我责怪作者没有注意到这些事情并整理出来,”加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学的微生物学家罗斯玛丽·雷德菲尔德说,她在12月4日发布在博客上对该论文问题的总结已经获得了超过30,000次点击。“我们不应该为他们思考。”

费利萨·沃尔夫-西蒙,美国地质调查局NASA天体生物学研究员,该研究的主要作者,拒绝回应批评。“我们不打算参与这种讨论,”她在给《自然》杂志的电子邮件中写道。“任何讨论都必须像我们的论文一样经过同行评审,并经过审查程序,以便所有讨论都得到适当的调节。”

但加州大学戴维斯分校的微生物学家乔纳森·艾森称之为“荒谬”,此前NASA新闻稿声称“天体生物学发现将影响寻找外星生命证据”,沃尔夫-西蒙在简报会上也呼应了这一主题。“他们说他们只会在科学文献中进行讨论,而他们自己却发起了讨论,这很荒谬,”他说。

《科学》杂志出版商,位于华盛顿特区美国科学促进会的发言人金杰·平霍尔斯特指出,该杂志将对高知名度文章的重要回应以及复制这项工作的努力视为“出版的关键目标”。平霍尔斯特还指出,该杂志自己对该论文的新闻摘要没有提及对外星生命的搜索,而且《科学》杂志也没有“组织任何额外的宣传活动”。

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