“食砷”細(xì)菌顛覆了什么

11月2日，美國(guó)《科學(xué)快訊》刊發(fā)了美國(guó)宇航局（NASA）天體生物學(xué)家西蒙博士的研究論文—“一種能夠利用砷替代磷生長(zhǎng)的細(xì)菌”。此次發(fā)現(xiàn)的“食砷”細(xì)菌GFAJ-1能在不含磷元素的培養(yǎng)基上，利用砷元素生長(zhǎng)。而且菌株GFAJ-1體內(nèi)的生物大分子中也含有砷元素，這就說明對(duì)于食砷細(xì)菌而言，磷元素能夠被砷元素替代；同時(shí)也預(yù)示著，生命的“必需元素” 不再是“必需”。

“食砷”細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)，不僅顛覆了科學(xué)上對(duì)生命“必需元素”的定義，且引發(fā)了公眾對(duì)外空生命的無盡遐想，該消息一度被誤傳為 “NASA發(fā)現(xiàn)外空生命”。為此，NASA的專家不得不反復(fù)重申：此次發(fā)現(xiàn)的“食砷”細(xì)菌是在地球上首次發(fā)現(xiàn)，而并非是傳言的外空生命。

西蒙博士和她的團(tuán)隊(duì)在莫諾湖湖底的沉積物中分離天然微生物，并在培養(yǎng)基中不斷提高砷元素的濃度。最終篩選到了能耐受較高砷濃度的“嗜砷”細(xì)菌GFAJ-1。

當(dāng)培養(yǎng)基中去除了磷元素后，西蒙博士驚奇地發(fā)現(xiàn)，菌株GFAJ-1在完全不含磷元素的培養(yǎng)基中也能生長(zhǎng)。隨后的研究進(jìn)一步表明，GFAJ-1是利用了砷元素替代磷元素去合成生物大分子，行使生理功能。

一株平常的“嗜砷”細(xì)菌竟然還是“食砷”細(xì)菌。此發(fā)現(xiàn)改變了此前科學(xué)界對(duì)于生命“必需元素”的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，這也預(yù)示著此前在人們所自認(rèn)為的“生命禁區(qū)”中，可能還存在沒有發(fā)現(xiàn)的生命形式。

長(zhǎng)期以來，碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、硫（S）被認(rèn)為是形成生命體的“必需元素”。缺乏其中的任意元素，蛋白、核酸、糖類、脂類等生物大分子都無法合成。從最簡(jiǎn)單的單細(xì)胞細(xì)菌到分化復(fù)雜的高等生物，生命“必需元素” 對(duì)于生命體而言絕對(duì)是“必須的”。英文中六種生命必需元素的縮寫，常常連起來組成了專用稱謂“CHONPS”。但是，“食砷”細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)，至少已經(jīng)就將磷元素從“CHONPS”的名單中劃出。

而此前，磷元素普遍被認(rèn)為是不可或缺的“必需元素”。磷在生命體中主要以磷酸根（PO43-）的形式存在。磷酸二酯鍵維系著核酸（DNA，RNA）的基本結(jié)構(gòu)。磷脂雙分子層是“生物膜”重要組成部分，借助后者細(xì)胞才能選擇性地“吐故納新”。而三磷酸腺苷（ATP）更是被稱為細(xì)胞的“能量貨幣”，細(xì)胞通過合成和水解其中的“高能磷酸鍵”去貯存和釋放能量。

因此，對(duì)于生命體而言，從分子結(jié)構(gòu)到細(xì)胞功能，從新陳代謝到能量轉(zhuǎn)化，磷元素都是不可替代的。磷元素對(duì)于生命如此重要，早在1987年《科學(xué)》雜志就刊出名為“自然界為什么會(huì)選擇磷”的文章，對(duì)磷元素的重要性進(jìn)行詳盡闡述。

然而，若從化學(xué)性質(zhì)的角度說，砷和磷卻是性情相似的“兄弟”。

在化學(xué)元素表上，砷元素與磷元素同屬氮族元素。二者化學(xué)性質(zhì)相似。唯一不同的地方是，砷的分子量更大，化學(xué)性質(zhì)也相對(duì)活潑。與磷相比，砷元素更具“金屬性”。

正是由于磷元素與砷元素的相似性，細(xì)胞內(nèi)部的代謝途徑常常不能區(qū)分二者。一般情況下，當(dāng)細(xì)胞攝入砷后，砷會(huì)進(jìn)入磷的代謝途徑。而砷的“金屬性”，又使其在水環(huán)境內(nèi)極不穩(wěn)定。過短的半衰期導(dǎo)致其不能行使磷元素的生理功能，最終導(dǎo)致了砷元素的中毒。

（選自《南方周末》2010年12月23日版，有刪改。）

6、對(duì)“一種能夠利用砷替代磷生長(zhǎng)的細(xì)菌”的理解，符合原文意思的一項(xiàng)是（ ）

A.菌株GFAJ-1體內(nèi)的生物大分子中含有砷元素，證明對(duì)于食砷細(xì)菌細(xì)胞而言，砷可以進(jìn)入磷的代謝途徑，行使磷元素的生理功能。

B. NASA的專家反復(fù)重申：這種食砷細(xì)菌是在地球上——西蒙博士的培養(yǎng)基上——首次被創(chuàng)造出來的，而并非是傳言的外空生命。

C.食砷細(xì)菌能夠耐受較高砷濃度的環(huán)境，最后能在完全不含磷元素的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，利用砷元素替代磷元素去合成生物大分子，由“食砷”變?yōu)?ldquo;嗜砷”。

D.食砷細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)，至少證明，對(duì)簡(jiǎn)單的單細(xì)胞細(xì)菌而言，磷元素不再是“必需元素”。

7、從原文看，下列對(duì)形成生命體的“必需元素”的分析，正確的一項(xiàng)（ ）

A. 長(zhǎng)期以來，碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、硫（S）被認(rèn)為是形成生命體的“必需元素”，其中，磷元素在六大“必需元素”中是最重要的一種元素。

B. 生命“必需元素” 對(duì)于生命體而言絕對(duì)是“必須的”，是因?yàn)?ldquo;必需元素”主要只用來合成生物大分子，缺乏其中的任意元素，蛋白、核酸等生物大分子都無法合成。

C. 傳統(tǒng)觀念看來，從最簡(jiǎn)單的單細(xì)胞細(xì)菌到分化復(fù)雜的高等生物，生命“必需元素” 對(duì)于生命體而言絕對(duì)是“必須的”。

D. 菌株GFAJ-1體內(nèi)的生物大分子中含有砷元素，這就說明對(duì)于生命體而言，磷元素能夠被砷元素替代；同時(shí)也表示著，生命的“必需元素” 不再是“必需”。

8．下列表述，不符合原文意思的一項(xiàng)（ ）

A. 磷脂雙分子層是“生物膜”重要組成部分，正是借助磷脂雙分子層，細(xì)胞才能選擇性地“吐故納新”。

B. 由于磷元素與砷元素的化學(xué)性質(zhì)相似，一般情況下，當(dāng)細(xì)胞攝入砷后，砷會(huì)進(jìn)入磷的代謝途徑，但不能行使磷元素的生理功能，最終導(dǎo)致了砷元素的中毒。

C. “三磷酸腺苷”（ATP）之所以被稱為細(xì)胞的“能量貨幣”，是因?yàn)榧?xì)胞通過合成和水解 “三磷酸腺苷”中的“高能磷酸鍵”去貯存和釋放能量。

D. “食砷” 細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)改變了此前科學(xué)界對(duì)于生命“必需元素”的認(rèn)識(shí)。同時(shí)預(yù)示著在我們生存的地球上，可能還存在沒有發(fā)現(xiàn)的生命形式。

9、根據(jù)原文，食砷細(xì)菌究竟顛覆了傳統(tǒng)科學(xué)中的什么觀念？

參考答案：

6 A.解析：B.“首次被創(chuàng)造出來的”錯(cuò)誤，不是被“創(chuàng)造”，而是被“發(fā)現(xiàn)”。 C.“由‘食砷’變?yōu)?lsquo;嗜砷’”錯(cuò)誤，應(yīng)是“由‘嗜砷’變?yōu)?lsquo;食砷’”。 D.“對(duì)簡(jiǎn)單的單細(xì)胞細(xì)菌而言”錯(cuò)誤，只能證明對(duì)食砷細(xì)菌而言，磷元素不再是“必需元素”。

7 C 解析：A.“其中，磷元素在六大‘必需元素’中是最重要的一種元素”無中生有。B. “‘必需元素’主要只用來合成生物大分子”錯(cuò)誤，注意文中“從分子結(jié)構(gòu)到細(xì)胞功能，從新陳代謝到能量轉(zhuǎn)化，磷元素都是不可替代的。”的表述。D.“同時(shí)也表示著，生命的‘必需元素’ 不再是‘必需’。”錯(cuò)誤，應(yīng)該是“同時(shí)也預(yù)示著，生命的‘必需元素’ 不再是‘必需’。”

8 A解析：A.“正是借助磷脂雙分子層，細(xì)胞才能選擇性地‘吐故納新’。”錯(cuò)誤，應(yīng)是“正是借助后者“生物膜”，細(xì)胞才能選擇性地‘吐故納新’。”

9、傳統(tǒng)科學(xué)中認(rèn)為“必需元素”不可被取代的觀念。傳統(tǒng)科學(xué)中“生命禁區(qū)”不存在生命形式的觀念。

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