美学者发现生命第七元素——砷（As）

科学界以往认为生命由碳、氢、氮、氧、磷和硫6种基本元素构成，但美国研究人员在2010年12月2日宣布，在加利福尼亚州东部莫诺湖找到一种细菌。

与其他已知的生命形态不同，这种细菌依赖另一种元素：砷（As）。

这项发现拓宽了科学界以往对构成生命基本元素的认知，或许也为科学家探索外星生命提供新的参考依据。

01 新发现，生命并不止6种基本元素

这项研究由NASA（美国国家航空航天局）资助。

研究成果当天发表在《科学快讯》杂志网站。 

研究报告说，这种细菌不仅能借助砷元素繁殖，而且在生长过程中能利用砷元素合成脱氧核糖核酸（DNA）和细胞膜。 

研究报告作者之一、亚利桑那州立大学地球和空间探索学院学者安巴尔2日说：“这种有机体来自大自然，是一种已知细菌，并非全新品种，但先前没有人发现它能借助砷繁殖。” 

“根据以往的理论，生命的存在需要六种基本元素，”安巴尔说，“我们的新发现在于砷是构成这种细菌的基本元素。” 

研究人员认为，这项发现将开启生物学新篇章，在医学领域也将发挥重要作用。

加州斯克利普斯研究院化学家、分子生物学家乔伊斯说，这项工作“证明一个原则，你可以有一个不同的生命形式。”他说，这种细菌有可能会被定义成第三种生命形式，像深海的极端微生物一样。 

NASA本周早些时候通报说，将举行一场新闻发布会，宣布科学家在“天体生物学领域的新发现，这一发现足以影响对外星生命的搜寻”，引发网络热议。

如果经证实，砷确实能作为构成生命的另一基本元素，科学家在探索外星生命时将不再局限先前六种元素，而多了一个参考依据，也多了一个思路，“生命是什么、生命存在于何处”概念的范围也将扩大。 

02 大意义，有助于寻找“外星生命”

科学家们推测，这些以砷为生的生命可能是我们这颗星球上很古老的居民。

在地球上的磷还没有被生物圈搬运到全世界的时候，也许很多地方的生物只能靠砷吃饭，用亚砷酸来进行光合作用的生物也许也比现代我们熟悉的光合生物出现得早。

如果原始地球是这样一种景象，那么何况外星呢？

我们认为砷基生命的结构不稳定，只是在我们这个物种的体温和我们感到舒适的室温条件下，而在零下180摄氏度的土卫六上，情况又如何呢？ 

那些“不适合生物生存”的星球，也许只是由于我们认识局限的一厢情愿。

至少在今天，我们知道生物学家们长期以来熟悉的地球生命六大元素就有可能被取代。

“科学始于当你不相信专家之时。”NASA发布会上，一位嘉宾这样说。

发现可能会对太空任务产生影响，如到火星或者其它地方寻找生命。

这些实验性任务主要是搜索一些化学元素，它们的反应，认识这些元素及其反应是以地球生命的形成为依据的。

1976年海盗号曾试图在火星寻找生命，但失败而终，新生命形态的发现者、前亚利桑那州立大学地球和空间探索学院博士后西蒙说，当时还没有发现深海的新生物，也没有南极洲干谷的概念。 

在化学周期表中，砷刚好处在磷之下，它们有相似的共性。西蒙说，实际上这种相似性让砷含毒，它可以轻易进入细胞进行破坏，像坏汽油进入到引擎中一样。

03 新物种是怎么发现的？

2006年在美国亚利桑那州一个外星生命讨论会上，西蒙、安巴尔和同事戴维斯开始探讨一个想法，即地球上可能存在与已知生命不同的全新生命形态，也就是科学家所说的“超自然生命”。 

三人2009年发表论文提出，由于在元素周期表中，砷位于磷下方，与磷同族，具有相似的化学性质，地球上或许存在“以砷代磷”的生命形态。

“我们不仅假设，类似已知生命形态的生化系统能够利用砷酸盐取代磷酸盐在生物方面的作用，”西蒙说，“而且我们猜测，这类有机体曾出现在远古时期的地球，甚至依然在当今地球某些特殊的环境中生存。” 

西蒙随后与美国地质勘探局微生物学家奥伦兰展开实地勘察，从莫诺湖中采集沉积物样本带回实验室分析。

她将样本放入实验瓶中，不断提高瓶中砷含量，降低硫含量，最终找到了这种细菌。

西蒙说，每天去实验室时都要屏住呼吸，担心微生物会死掉，幸运的是，它们活下来了。

新发现的微生物名为菌株“GFAJ-1”，它是湖中成长最好的细菌。

在砷中，这种细胞比在磷中成长要大60%。

在放射性环境下，砷原子能在DNA中占据重要位置，如同其它元素在分子中一样。

因此，研究者找到了确证，砷的确能在DNA中成为主要元素。 

04 为什么是砷取代了磷？

为什么不是硅取代了碳？

简单而直接的原因是，“GFAJ-1”是在砷很多而磷很少的湖里被发现的。

我们也可以放在大环境中来考虑这个问题：碳以二氧化碳，甚至在生命诞生初期以甲烷的形式无处不在，而且石灰岩中的碳酸盐也是随处可见，硅虽然以二氧化硅的形式广泛存在于岩石中，但它们的化学性质很不活跃，难以被大部分生物利用。

而磷呢？

磷几乎不存在于大气和水中，天然的磷单质也不存在，地球上的磷主要储存在磷酸盐矿石中。

磷酸盐的化学性质很稳定，这也是为什么骨骼有磷酸钙的成分，因为磷酸钙实在很结实。

这种结实的物质需要生物们费很大力气和很多时间才能把它用到参与生命过程的反应中去，因此地球上有很多地方容易出现因为磷而“饥饿”的生态系统。

砷同样也主要存在于矿石中，不过砷有天然的单质，它并不比磷更难利用，甚至在一些地方比磷更丰富，比如莫诺湖。

其实砷之所以有毒，就是因为它太容易被生物错用：砷作为和磷类似的物质，时常参与到生物的新陈代谢中，常温下的试管里，AMP（单磷酸腺苷，比ATP少两个磷酸，RNA的基本单元之一）需要酶促反应才能生成，而AMAs（单砷酸腺苷）很容易自动生成。

因为由砷组成的物质干扰了本该由磷来参与的生命过程，所以它有毒，著名的毒药比如砒霜，即三氧化二砷。

05 传统概念下6种生命基本元素

一切生命活动与细胞的化学成分密切相关。

原生质是细胞内的生命物质，主要成分是蛋白质，脂类和核酸。

原生质分化为细胞膜，细胞质和细胞核等部分，细胞壁不是原生质。

构成细胞的基本元素是C（碳）、H（氢）、O（氧）、N（氮）、P（磷）、S（硫），这些元素有些是细胞的组成物质，有些则是维持细胞正常生命活动所必需的物质。

例如：C、H、O和N都是构成生命物质的必需元素，它们均是构成蛋白质的必要成分。

蛋白质则是原生质的主要构成成分，可以说没有蛋白质就没有生命，P和S也是细胞生命物质的重要组成成分。

核酸和磷脂这些重要化合物均含有P，P还参与细胞的能量代谢。

细胞的化学成分主要是构成细胞的各种化合物。

这些化合物包括无机物和有机物。

一般指含碳氢的化合物及其衍生物就叫有机物。各种物质在活细胞中的含量从少到多的正常排序是：核酸、无机盐、蛋白质、水。