2010年12月2日，科学家宣称他们正在训练的一种细菌可以在含砷饮食条件下生活和生长，这种砷可以替代生命所必需的六种元素之一的磷元素。对于这一发现，有科学家认为，这无疑开启了这样一种可能，即促使人们加快寻找到这一类生物体，它们可能存在于宇宙中的其他星球上，甚至也可能存在于地球上，它们可能使用的是一种我们连做梦都不敢想的生化能源。
来自梦娜湖底的发现
这些细菌是从加州梦娜湖的湖底中挖到的，并在一种含砷剂的实验室混合物中生长了几个月。在此过程中，这些细菌逐渐地把它们微小细菌体内的磷原子替换成为了砷原子。
有科学家称，上述结果如果得到证实，将会扩展关于生命的内涵以及生存的概念。哈佛-史密森天体物理中心的天文学家迪米塔尔·莎塞洛夫（Dimitar Sasselov）说：“当我们谈到生命的时候，有一些基础性的奥秘并没有为人类认识清楚，……自然只使用了一套特定的分子和化学反应。但是，人们可以得到的分子和化学反应却多达几千个，而这项发现使我们模糊感觉到可能还存在其他选择的可能性。”莎塞洛夫同时还担任一家研究生命起源的研究所所长，尽管他未参加这一项目的研究。
菲丽莎·沃尔夫-西蒙(Felisa Wolfe-Simon）是设在加州门罗帕克市的美国宇航局(NASA)地质勘查所的一位宇宙生物学研究员，正是她领导了这项实验。“这是一种微生物，它解决了这样的一个难题，即如何以一种与地球生命不同的方式生存，”她说。这个故事并不仅仅是关于梦娜湖或者是关于砷的，而且还是关于“猛然打开了一扇门，让人们反思过去关于生命的思维定势是否需要调整。”
西蒙博士于2010年12月3日在美国《科学》杂志上发表该项发现。
卡莱布·沙尔夫（Caleb Scharf）是哥伦比亚大学的宇宙生物学家，同样作为一位没有参与该项研究的专家也为之感到惊奇。“这多少有点使人产生这样的想象”，他说，“你或者我成为了全身装备的电子人或者说机器人，被扔进了一个堆满电子器件的屋子，没有什么东西可吃，我们会吃什么呢？”
加州拉荷亚市的斯克里普斯研究所的化学分子生物学家杰拉尔德·乔伊斯（Gerald Joyce）认为，这项工作“原则上表明可能存在一种不同的生命形式。”甚至可以说，这些细菌与存在于海洋喷泉中的极端微生物一样，与我们人类同在一棵进化生命树上。他说：“这是一个关于我们的生命形式适应能力的一个非常漂亮的故事，给了我们一些资料来讨论另一个世界的可能情况。”
“电瓶是如此的重要”
这项研究结果可能对于人类探索火星和其他星球以寻找可能的生命形式的研究带来重大影响。比如，一些太空探测实验被科学家设计成为携带了一些已知的、与地球生命相同特征的化学元素和反应。西蒙指出，1976年“海盗”号着陆器之所以没能在火星上发现生命，是因为它是在海底喷泉和南极洲干峡谷中发现管状蠕虫和其他超生命之前设计的，后者给关于地球上生命进化的认识带来了革命性的变化（南极洲干峡谷是地球上温度低至大约零下20摄氏度的最寒冷干旱的沙漠）。
莎塞洛夫博士说：“我很想知道的是，在设计实验及其仪器来寻找不同生命形式时，是否应该在寻找与地球生命相同材料的同时还有其他的选择？或者在寻找我们所热爱和熟悉的分子的同时而扩大搜索范围呢？”
磷是长期以来我们所知道的所有生命必需的六种化学元素之一。其他五种元素是：碳、氧、氮、氢和硫。
我们知道，在自然界中，人们可以通过人工操作将一些痕量存在的元素加以替代，这当然是出于特殊的目的，比如铁元素对氧元素的运载。但是，到目前为止，还没有什么可以替代最基本的上述六种元素。现在有不少科学家称：这些结果将会刺激大量的（研究）工作，来探索究竟有哪些其他的化学替代反应是可能的。其中，硅对碳的取代最具神话色彩，亦为科幻小说作者们所喜欢，但在现实中还没有实现。
作为生命必需的六种化学元素之一磷，其分子链构成了DNA大分子的骨架和它的主要化学键，尤其在一种被人们称为“三磷酸腺苷（ATP）”的分子中，它构成了拥有生物学结构的生物贮存能量的主要途径。沙尔夫博士说：“它就像一种在细胞内部贮存化学能的小型电瓶一样。”这些“电瓶是如此的重要”，以致于在大约摄氏160℃（华氏320℃）的温度内，被认为是生命可以生存的最高温度。
在元素周期表中，砷位于磷的正下方，这两种元素有许多相同的化学特性。西蒙说：事实上，正是这些化学性质上的近似，使之产生了毒性――它可以很容易地滑进细胞机器中把事情搞砸，如同劣质的油料在车辆引擎中产生的后果那样。
喜砷生命形式的存在
然而，在2006年于亚利桑那州举办的一次关于外星生命的研讨会上，西蒙提出了这样的学术观点：一种可以处理砷的生物体，实际上已经将砷元素结合进它的生活方式中，并以此取代了磷元素。在稍后的《国际宇宙生物学杂志》上发表的一篇论文中，西蒙和来自亚利桑那州立大学的阿里尔·安巴尔（Ariel Anbar）和保罗·戴维斯（Paul Davies）（从理论上）预测了喜砷生命体形式的存在。
论文共同作者之一的戴维斯博士说：“不久后，菲丽莎就发现了它们！”戴维斯长期以来一直是寻找地球和太空中“超自然生命”主张的积极倡导者。
西蒙和她的同事从理论上推论：这些生物体最有可能在那些富含砷元素的环境中被发现。后来，她们从梦娜湖中挖掘了满满一试管的含盐、强碱并富含砷的污泥，并使用越来越多的砷饲养这些污泥中的微生物。
尽管西蒙预测了这些食砷生物体的存在，然而每天当她来到实验室的时候都会摒住呼吸，希望看到那些微生物已经死亡了，但它们一直没有死。西蒙回忆起当时的想法：“作为一位生物化学家，仅仅发现这些微生物是没有什么意义的，还应该需要从生物化学的角度来证明食砷生物体的存在。”
从梦娜湖中挖出的微生物中，在喂养过程中生长得最好的是γ变形杆菌纲、盐单胞菌科中的GFAJ-1菌株，尽管它们都在正常的发育，但那些生长在砷饮食中的细胞比生长在磷饮食中的细胞要大出60%，其胞内空间大而空。
在对砷进行了放射性标记后，研究人员证明了砷原子已经替代了微生物中的DNA分子中的相关原子，而且不仅只是替代DNA，还替代了细胞内的其他分子。然而，乔伊斯博士则认为，西蒙的实验还没有达到完善的一步，即得到证据来证明DNA分子骨架中砷的存在，这就如同没有看到猎枪的枪口在冒烟那样。
在后续的一些报道中称，尽管有了这些砷饲养的结果，而当用磷饲养这些微生物时，GFAJ-1菌株的生长会体现出更加良好的生长状态。因此，在某种程度上来说，它们也是一种喜欢磷的微生物。
当乔伊斯读完这些论文后，有同感地指出：即使是在全部采用强迫性砷饲养的细菌中，还是有一些磷的存在。他把这一现象描述为“结合在每一个最后的磷酸盐分子上，确实是生存在分子的边缘上。”最后，他补充说“我为这些漏洞感到不安。”
资料来源 The New York Times
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