“食砷”细菌颠覆了什么

11月2日，美国《科学快讯》刊发了美国宇航局（NASA）天体生物学家西蒙博士的研究论文—“一种能够利用砷替代磷生长的细菌”。此次发现的“食砷”细菌GFAJ-1能在不含磷元素的培养基上，利用砷元素生长。而且菌株GFAJ-1体内的生物大分子中也含有砷元素，这就说明对于食砷细菌而言，磷元素能够被砷元素替代；同时也预示着，生命的“必需元素” 不再是“必需”。

“食砷”细菌的发现，不仅颠覆了科学上对生命“必需元素”的定义，且引发了公众对外空生命的无尽遐想，该消息一度被误传为 “NASA发现外空生命”。为此，NASA的专家不得不反复重申：此次发现的“食砷”细菌是在地球上首次发现，而并非是传言的外空生命。

西蒙博士和她的团队在莫诺湖湖底的沉积物中分离天然微生物，并在培养基中不断提高砷元素的浓度。最终筛选到了能耐受较高砷浓度的“嗜砷”细菌GFAJ-1。

当培养基中去除了磷元素后，西蒙博士惊奇地发现，菌株GFAJ-1在完全不含磷元素的培养基中也能生长。随后的研究进一步表明，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”细菌竟然还是“食砷”细菌。此发现改变了此前科学界对于生命“必需元素”的认识。同时，这也预示着此前在人们所自认为的“生命禁区”中，可能还存在没有发现的生命形式。

长期以来，碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、硫（S）被认为是形成生命体的“必需元素”。缺乏其中的任意元素，蛋白、核酸、糖类、脂类等生物大分子都无法合成。从最简单的单细胞细菌到分化复杂的高等生物，生命“必需元素” 对于生命体而言绝对是“必须的”。英文中六种生命必需元素的缩写，常常连起来组成了专用称谓“CHONPS”。但是，“食砷”细菌的发现，至少已经就将磷元素从“CHONPS”的名单中划出。

而此前，磷元素普遍被认为是不可或缺的“必需元素”。磷在生命体中主要以磷酸根（PO43-）的形式存在。磷酸二酯键维系着核酸（DNA，RNA）的基本结构。磷脂双分子层是“生物膜”重要组成部分，借助后者细胞才能选择性地“吐故纳新”。而三磷酸腺苷（ATP）更是被称为细胞的“能量货币”，细胞通过合成和水解其中的“高能磷酸键”去贮存和释放能量。

因此，对于生命体而言，从分子结构到细胞功能，从新陈代谢到能量转化，磷元素都是不可替代的。磷元素对于生命如此重要，早在1987年《科学》杂志就刊出名为“自然界为什么会选择磷”的文章，对磷元素的重要性进行详尽阐述。

然而，若从化学性质的角度说，砷和磷却是性情相似的“兄弟”。

在化学元素表上，砷元素与磷元素同属氮族元素。二者化学性质相似。唯一不同的地方是，砷的分子量更大，化学性质也相对活泼。与磷相比，砷元素更具“金属性”。

正是由于磷元素与砷元素的相似性，细胞内部的代谢途径常常不能区分二者。一般情况下，当细胞摄入砷后，砷会进入磷的代谢途径。而砷的“金属性”，又使其在水环境内极不稳定。过短的半衰期导致其不能行使磷元素的生理功能，最终导致了砷元素的中毒。

（选自《南方周末》2010年12月23日版，有删改。）

6、对“一种能够利用砷替代磷生长的细菌”的理解，符合原文意思的一项是（ ）

A.菌株GFAJ-1体内的生物大分子中含有砷元素，证明对于食砷细菌细胞而言，砷可以进入磷的代谢途径，行使磷元素的生理功能。

B. NASA的专家反复重申：这种食砷细菌是在地球上——西蒙博士的培养基上——首次被创造出来的，而并非是传言的外空生命。

C.食砷细菌能够耐受较高砷浓度的环境，最后能在完全不含磷元素的培养基中生长，利用砷元素替代磷元素去合成生物大分子，由“食砷”变为“嗜砷”。

D.食砷细菌的发现，至少证明，对简单的单细胞细菌而言，磷元素不再是“必需元素”。

7、从原文看，下列对形成生命体的“必需元素”的分析，正确的一项（ ）

A. 长期以来，碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、硫（S）被认为是形成生命体的“必需元素”，其中，磷元素在六大“必需元素”中是最重要的一种元素。

B. 生命“必需元素” 对于生命体而言绝对是“必须的”，是因为“必需元素”主要只用来合成生物大分子，缺乏其中的任意元素，蛋白、核酸等生物大分子都无法合成。

C. 传统观念看来，从最简单的单细胞细菌到分化复杂的高等生物，生命“必需元素” 对于生命体而言绝对是“必须的”。

D. 菌株GFAJ-1体内的生物大分子中含有砷元素，这就说明对于生命体而言，磷元素能够被砷元素替代；同时也表示着，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项（ ）

A. 磷脂双分子层是“生物膜”重要组成部分，正是借助磷脂双分子层，细胞才能选择性地“吐故纳新”。

B. 由于磷元素与砷元素的化学性质相似，一般情况下，当细胞摄入砷后，砷会进入磷的代谢途径，但不能行使磷元素的生理功能，最终导致了砷元素的中毒。

C. “三磷酸腺苷”（ATP）之所以被称为细胞的“能量货币”，是因为细胞通过合成和水解 “三磷酸腺苷”中的“高能磷酸键”去贮存和释放能量。

D. “食砷” 细菌的发现改变了此前科学界对于生命“必需元素”的认识。同时预示着在我们生存的地球上，可能还存在没有发现的生命形式。

9、根据原文，食砷细菌究竟颠覆了传统科学中的什么观念？

参考答案：

6 A.解析：B.“首次被创造出来的”错误，不是被“创造”，而是被“发现”。 C.“由‘食砷’变为‘嗜砷’”错误，应是“由‘嗜砷’变为‘食砷’”。 D.“对简单的单细胞细菌而言”错误，只能证明对食砷细菌而言，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’中是最重要的一种元素”无中生有。B. “‘必需元素’主要只用来合成生物大分子”错误，注意文中“从分子结构到细胞功能，从新陈代谢到能量转化，磷元素都是不可替代的。”的表述。D.“同时也表示着，生命的‘必需元素’ 不再是‘必需’。”错误，应该是“同时也预示着，生命的‘必需元素’ 不再是‘必需’。”

8 A解析：A.“正是借助磷脂双分子层，细胞才能选择性地‘吐故纳新’。”错误，应是“正是借助后者“生物膜”，细胞才能选择性地‘吐故纳新’。”

9、传统科学中认为“必需元素”不可被取代的观念。传统科学中“生命禁区”不存在生命形式的观念。