生命构成还有别的形式？

  昨天凌晨，美国宇航局（NASA）召开新闻发布会，宣布了一条或与“地外生命”有关的重大新闻：研究人员发表在最新出版的《科学快讯》上的报告称，在美国加利福尼亚州莫诺湖中发现了一种细菌，它可以用“砷”取代“磷”来维持存活。此前，砷因为是剧毒物，一直被认为不太可能作为生命的基本构成元素。

        NASA的新闻发布指出：这项发现足以改变人类对地球上生命的认识，也为人类寻找“地外生命”打开了新的视野。砷“插足”生命基本元素，究竟意味着什么？

“插足”深浅大有讲究

        地球上形形色色的生命体中，包含着各种各样元素，但构成生命的基本元素一直被认为是碳、氢、氧、氮、磷、硫等6种。

       说起砷，人们总会联想到它的氧化物三氧化二砷（俗称砒霜），与剧毒夺命物质有如此瓜葛的元素，似乎很不可能与生命构成相关。可是，科学家知道，在元素周期表中同一族的元素具有许多类似的化学特性，砷就与同族的磷相似。为此，NASA的研究人员提出了“砷可以替代磷成为生命体主要元素”的大胆假说，并且真的在自然界找到了一种细菌。这种证实假说的细菌生活在砷含量很高的环境中，体内的磷被砷替换，但能继续存活、繁衍下去。

       莫诺湖是西半球最古老的湖泊之一，在沧海桑田的变迁中，形成了高盐、高碱、高砷的特殊环境。就在如此严酷的环境中，这种细菌顽强地生存下来。NASA研究人员把莫诺湖底的沉积物放在实验室的低磷培养基中培养，并逐步增加培养基中砷的含量，直到其中的磷完全被砷取代。

       他们看到了奇迹：尽管细菌的生长变得极其缓慢，每天只长10%左右（大肠杆菌的繁殖速度是20分钟一代），但它们存活下来了，还繁殖出了后代！借助先进的技术手段，研究人员发现，砷竟然替代了磷，被作为基础材料用来“修建”新的细胞，出现在蛋白质大分子、核酸等重要生命分子中。

        微生物专家、中科院院士赵国屏认为，周期表中属于同一族的化学元素在生物体内相互替代并发挥特殊的生物学功能是普遍现象；因此，在一些极端环境下，特化生物中的磷被砷替代参与生命运动和生物结构，合乎情理。

       但是，关键在于砷的参与程度有多深：在生命过程中，磷并非是生物体内起辅助作用的微量元素，而是构成核酸骨架并在能量代谢和信号传导中发挥重要作用的元素。NASA的研究显示，虽然砷主要存在于核酸和蛋白中，但他们也在代谢小分子中发现了砷——这说明砷广泛地替代了磷，参与从核酸到代谢各个层次的生命活动——这样一来，这个发现对于人类重新认识生命构成的意义就非常重大了。

       砷这么毒，怎么可能构成生命？中科院上海植物生理生态研究所研究员沈建华近年来致力于环境砷暴露导致的大规模人群慢性砷中毒研究，他告诉记者，砷对于人类是Ⅰ类致癌剂，但毒与不毒不可一概而论，比如人类呼吸的氧气固然无毒，但超氧化物是有毒的。在这个新发现的细菌中，砷已经不是磷的“类似物”，而是“替代物”，因此也就说不上有毒了。当然，今天地球上的生物已高度适应现在的环境，因此很难找到一种生物更喜欢用砷来生息繁衍。但是，如果设想地球上生物起源之时，确实有一些砷含量极高（而含磷量又较少）的环境，或其他行星上有这样的环境条件，那就很有可能进化出一种依赖砷的生存模式。

        NASA的这一发现，为人类对生命起源和进化的认识推开了一扇窗，展现出一片全新的天空，乃至无穷想象与求证的空间。赵国屏说，最新发表的那个报告只是开端，更多问题有待探索。

重新探察“不可能有生命的星球”

        生命的可能性总是超乎人类的想象。如果你以为地球上如此丰富多彩的生命形式，已穷尽了所有生命变化的可能性，那就大错特错了。砷作为一种重要生命元素的被发现，为生命的诠释提示了新的可能性。

       如果同属一族的砷与磷可以互相替代，那么化学性质相近的碳与硅是否也能互换？地球上生命的细胞多以“碳基”为主（所以烧焦之后多是一团黑炭），但是否会存在“硅基”的生命呢？氧、硒、硫是否都可成为不同生命构成的能量来源呢？地球上一些极端环境中，也存在以硫维生的细菌。如果生命的形式不止于“地球模式”，那我们寻找“地外生命”的视野，是否应该更广阔？

        这些问题早就萦绕在天文学家脑海中，NASA的新发现为曾经的异想天开，提供了一个坚实的依据。上海市天文学会名誉理事长、中科院上海天文台研究员赵君亮说，这为人类搜寻“地外生命”增加了更多不确定性——

       迄今为止，人类总是假设“地外生命”尤其是高等生命，应生存于与地球相似的环境中：类似的大气，类似的化学元素，最好还有类似的红花绿草、山川河流。但这种细菌的发现告诉我们：以前认为不可能存在生命的星球，得重新打量了！也许人家恰恰不能沾水，却能喝硫酸、水银呢？

       赵君亮说，人类已经发现的外星行星有三四百颗，但类地行星甚少，以往天文学家试图通过光谱分析探测这些行星的大气组成，来推测是否可能存在生命，以及那里的生命可能已进化到何种阶段；现在看来，需要寻找更广泛的探测依据，以探究某个星球上是否有我们不曾想到的生命存在形式。