距离 NASA 资助的科学家团队宣布他们发现了一种使用砷构建 DNA 的生命形式，至今已有近两年了。这已经成了我的一种痴迷。如果您想关注这个故事，请点击此处并从最早的帖子开始阅读。七月份，我直播了其他科学家重复实验但未能得出相同结果的声明。从某种意义上说，那是故事的合乎逻辑的结局。
从一开始，我对这个故事的迷恋就伴随着一种令人毛骨悚然的感觉。作为一名科学作家，我最喜欢报道生物学方面的进展：那些让我们对自然世界的认识稍微拓展一点的研究。#砷生命事件与其说是关于生物学，不如说是关于科学是如何完成的以及它出错的方式：它提出了关于同行评审、复制和科学交流的严肃问题。那场激烈的辩论造成了一些附带损害。所讨论的微生物 GFAJ-1，从迫使我们改写生物学教科书的物种，变成了另一种对生命统一性没有严重挑战的细菌。它变得乏味了。
但生物学并不乏味。大象和红杉都可能由相同的元素构成，都可能通过 DNA 构建基因，都可能使用相同的遗传密码本来构建蛋白质——但它们在某些方面彼此非常不同，而且它们各自的方式都绝对不是乏味的。GFAJ-1 也不是。因此，看到《自然》杂志最新一期的一篇新论文，其中一组科学家剖析了这种微生物的生物学，并发现了一些非常有趣的东西，这令人欣喜。
寻找砷生命的一切都始于砷，尽管它有毒，但它与必需元素磷非常相似。例如，磷是 DNA 骨架的一部分，也是储存能量的分子 ATP 的成分——在这两种情况下，它都以一种称为磷酸盐的形式存在，附带四个氧原子。砷酸盐（砷连接三个氧原子）在尺寸上几乎相同，与磷酸盐的氧原子具有相似的电荷，并且在化学上与磷酸盐有许多其他相似之处。
因此，砷生命团队想知道生命是否能够以砷代替磷而生存。检验这一想法的一种方法是飞往一个只有砷而没有磷的星球，寻找生命。另一种方法是在地球上寻找能够用砷代替磷的生命。砷生命团队选择了后者，并前往加州的单湖，那里的水富含砷。他们将一种细菌带回实验室，让它摆脱磷，转而提供砷。细菌仍然生长。这一事实以及他们进行的其他研究使他们相信，这些细菌确实成为了砷生命。
今天的共识是，科学家们无意中喂给细菌的磷足以让它们生存，而那些似乎表明砷存在于 DNA 中的测试执行得不够仔细。
但请想一想。想象一下，在单湖中，或者在一个特别虐待狂科学家的实验室里，一种微生物的生活是什么样的。你被砷酸盐淹没，为了保持生命、继续生长，你需要抓住漂浮过来的珍贵的少量磷酸盐分子。
以色列魏茨曼研究所的蛋白质功能专家 Dan Tawfik 和他的同事们揭示了 GFAJ-1 生存的一些秘密。GFAJ-1 和其他细菌通过外膜吸收磷酸盐，进入一个夹层液体区域，称为周质。一旦进入，磷酸盐就会被所谓的磷酸盐结合蛋白捕获，然后将磷酸盐输送到微生物内部。Tawfik 和他的同事们以前所未有的细节检查了这些蛋白质，以了解它们是如何工作的。
科学家们向蛋白质提供砷酸盐和磷酸盐的混合物。即使他们将比例提高到每 500 个砷酸盐分子对应一个磷酸盐分子，蛋白质仍然有一半以上的时间能够提取磷酸盐。然后，科学家们检查了这些蛋白质，以弄清楚它们是如何做出如此精细的区分的。当蛋白质遇到一个磷酸盐分子时，它们会将其包裹在一个紧密的口袋里，用 12 个不同的氢键固定住磷酸盐。当砷酸盐落入这个口袋时，它并不完全适合，砷酸盐的一个氧原子与蛋白质的一个氢原子之间的键就会扭曲。它被推到一个不舒服的角度，导致砷酸盐脱落。
这一发现表明，普通的微生物非常善于在磷酸盐稀缺时挑选出磷酸盐，利用它们挑剔的磷酸盐结合蛋白来拒绝过量的砷酸盐。GFAJ-1 栖息在一个磷酸盐总是稀缺而砷酸盐总是危险地过量的地方。Tawfik 和他的同事们发现，他们的一种磷酸盐结合蛋白具有惊人的挑剔性，其对磷酸盐的偏好是普通磷酸盐结合蛋白的 4,500 倍。更重要的是，GFAJ-1 产生了大量这种超级挑剔的蛋白质。因此，GFAJ-1 可以在单湖中茁壮成长。事实上，它能够处理的砷酸盐与磷酸盐的比例比湖中的比例高 3,000 倍。
在地球上发现外星生命本来是件大事。但看到我们所知的生命如何适应我们星球的极端环境，也同样令人欣喜。对于砷生命的故事来说，这是一个很好的结束点：在新的科学开始的地方。
[更新：Maneesh 在评论中指出，单湖中实际上磷酸盐含量丰富。感谢您的指出，Maneesh！]
