【生命化學】嗜砷細菌真神奇？沒磷沒戲唱

■日前有兩支研究團隊重做了一項備受爭議的研究，而這次他們發現，世人原本認知的生命化學法則依然堅不可摧。

編譯│汪芃

學界為這件事沸沸揚揚爭執了一年半，如今最後的判決書總算出爐──原來美國加州莫諾湖（Mono Lake）的耐砷細菌雖然神勇，沒了磷一樣活不成。

二○一○年時，微生物學家費莉莎．沃夫西蒙（Felisa Wolfe-Simon）在《科學》期刊網站上發表了一份關於鹽單胞菌科（Halomonadaceae）細菌GFAJ-1的研究，指出這種細菌的DNA（去氧核糖核酸）等重要生化物質中可能含有砷原子，而非一般情況的磷原子。

沃夫西蒙的團隊在莫諾湖底砷濃度極高的沉積物中發現大量GFAJ-1細菌。這個湖泊水淺而鹹，最為世人所知的事蹟，就是曾出現在一九七五年平克佛洛伊德樂團（Pink Floyd）《願你在此》（Wish You Were Here）專輯的隨附明信片上。

目前已知的各種生命型態都仰賴六種元素，分別是碳、氫、氮、氧、磷、硫，而其中砷和磷的確有一些化學相似性，但一般而言，砷對於生物是有劇毒的，因此前年該研究指稱有生命以砷做為養分，自然引來諸多疑問，也有許多人批評美國航太總署（NASA）竟大動作召開記者會來發表這樣的研究成果。

沃夫西蒙這份研究爭議重重，因此當論文發表在二○一一年六月的《科學》期刊時，期刊還同時刊載了其他科學家的專業評論，且多達八篇。

大翻案

加拿大英屬哥倫比亞大學（University of British Columbia）的微生物學家蘿希．芮菲爾德（Rosie Redfield）決定著手實際檢驗沃夫西蒙的研究成果。今年稍早時，她公開表示她在實驗室中依樣畫葫蘆進行了相同的實驗，但得出的實驗結果卻與沃夫西蒙不同。

至今已有兩篇論文證實GFAJ-1細菌雖可耐受砷元素，卻仍得仰賴磷來維持生命，而芮菲爾德正是其中一篇論文的共同作者。《科學》期刊已於七月八日發表這兩份研究成果。

「耐毒奇兵」

芮菲爾德和研究同仁指出，他們把GFAJ-1細菌放置在一個含有砷及微量磷元素的環境中培養，觀察結果發現，這些菌的DNA並不包含砷酸鹽（結構類似磷酸鹽）等砷化合物。而另一份研究的主持人是瑞士蘇黎世聯邦理工學院（Federal Institute of Technology）的微生物學者朱麗亞．芙霍特（Julia Vorholt），她和研究團隊在論文中指出，GFAJ-1細菌在有砷但完全沒有磷的環境中是無法生長的，但只要有一點磷元素，那麼即使會接觸到砷，則依然能順利滋長，GFAJ-1「這種細菌雖然耐砷，卻仍需要磷元素才能生長」。

芙霍特說：「我想我們現在已經證據確鑿，能證明GFAJ-1細菌的新陳代謝機制仍然仰賴磷元素，跟目前所有已知的生命型態都相同，只是這種細菌生命力旺盛，擁有絕佳的適應力，在磷含量極低的環境中仍能盡量吸收養分，效率很高。」

芙霍特也補充說明，指出沃夫西蒙團隊使用採樣的含磷量應該比他們原先以為的高。

《科學》期刊也發表聲明表示：「這份新研究指出，GFAJ-1細菌並未打破世人長久以來相信的生命法則，這推翻了沃夫西蒙對於實驗結果的解讀。」

對此，沃夫西蒙則回應道：「我論文強調的是GFAJ-1細菌對於砷的耐受度，但也提到這些細菌仍然需要磷元素，這部分跟現在這兩份新研究是一樣的。但根據我們的資料推論，這些GFAJ-1細菌很可能已將微量砷吸收進細胞和生物分子，以幫助細胞適應高砷低磷的環境，而這些細菌體內的砷含量這麼少，一旦細胞打開，砷元素或許就很難測到，或者是變得不穩定了。」

沃夫西蒙還說，GFAJ-1細菌的故事可不是這樣就塵埃落定。她表示：「最關鍵的問題是，這種細菌究竟如何在砷含量極高的險惡環境中滋長茁壯？還有，那砷跑到哪裡去了？」
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 研究出處：Arsenic-loving bacterium needs phosphorus after all

責任編輯：Nita Hsu