科学争论之终章：DNA中的砷

2011-06-14 16:48阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1435039574

来源：生物谷徐鹏（编译）
与其花费太多时间来讨论人为制造出来的争议，不如报道一则真实的科学争议令人耳目一新。自2010年11月8日Science上发表的一篇名为《一种能利用砷代替磷生长的细菌》（A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus）掀起了一场关于“砷基生命”的议论热潮。

科学争论之终章：DNA中的砷

在这篇文章中，研究人员称，在加州莫诺湖中发现一种名为GFAJ-1的细菌能在高浓度砷的极端环境下生存。研究人员在实验室里分离出该细菌，在培养过程中逐步提高砷的含量，降低磷含量，经过充分的选择培养后，他们测试了幸存菌株，发现砷存在于正常情况下含有磷酸盐的生命大分子（包括核酸和蛋白质）中，认为在DNA中砷可能替换了磷被利用。这一发现改变了人们关于“生命由碳、氢、氧、氮、硫、磷”六大基本元素组成的认识，对探索生命起源和地球化学等都具重要意义。研究人员在文章中建议，可以强制细菌进化，不再是能够耐受砷，而把砷纳入自己

的DNA中。
这篇文章一发表，引起很多科学家的质疑。砷存在于含有磷酸盐的生命大分子中这一证据是间接的，并没有确凿的证据证明砷在DNA中，像磷一样，与碳形成磷酸盐形式称为DNA的骨架。谢云（音译）初步报告指出：“纯产物的高分辨分析可以提供更具体的证据。”
接下来的批评声更为严厉，（Carl Zimmer与很多不相信这一研究结果的科学家争论）。反对观点主要有，砷化合物在水中不稳定；培养基中还有残留的磷；砷可能只是DNA吸附，而并非它的组成成分。该论文的作者拒绝回应这些质疑，甚至，其中一些人蔑视同行在网上写的评论。
Science上发表了一系列关于这篇论文的评论，引起了原作者的回应。除了最初的质疑批判，还提出了新的观点。
·分析方法缺陷：“直观实验不能证明砷进入生物大分子与之结合。”“在培养基中有磷残留，并且在没有进行DNA纯化，所以对作者关于砷可能在核酸中代替磷这一结论表示怀疑。”
·细胞中磷残留：“虽然磷含量很低，但是它依然在我们对不同水生环境的细菌的观察范围内。”
·砷本身特性：砷本身的化学性质表明不可能存在于DNA中。“砷酸盐应当相应地转化为亚砷酸盐，而亚砷酸盐的立体化学结构与磷酸盐完全不同。”
·最重要的一条：“如果这种砷替代磷的DNA真的存在，那么，上个世界我们对砷和磷所作的化学研究，还有我们所知道关于它们的生物代谢，都需要重新验证和修订。”
看来，对于这种有趣的细菌的两种认识，存在一个巨大的鸿沟。一些研究人员倾向于砷可以作为生命大分子的基础元素，而另一群人则质疑砷代替磷DNA的化学存在性。
论文作者给出了回应，其中一些回答非常引人注目。例如，他们认为相比对照组同时存在砷和磷的培养环境，只存在砷的培养基中细胞生长得更好，即使这两组本应该还有相同的磷含量。在这个声明的最后部分成为争论的焦点，部分人认为添加的砷试剂中可能提供少量的磷。
论文作者对砷在生物环境中的稳定性问题的回答，可以总结为我们对砷的化学性质的了解都来源于小分子间的反应。生物大分子是复杂的，也许他们可以提高砷的稳定性。笔者看来，这个论据很不充分。
这场争论从网络延伸到Science杂志上，论文原作者们依然坚持己见，但在各方反驳的论据中我们发现他们的观点不足以让人信服。但是奇怪的是，他们接受了一些批评意见，并且声明进一步的研究正在进行。这件事情处理的如此笨拙，让笔者不禁怀疑他们是否已经知道答案或者已经不能容忍自己的论点。
面对质疑，原论文作者宣布，他们可以将分离出的细菌寄送给想要检测他们工作的研究人员。对于这样的现状，任何论文发表的观点都是激进的，不如让更多的科研团体参与，以实践检验是否能达到共识。

原文：A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus

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