砷元素解析／顛覆生命想像 新砷物 吃毒當吃補
2010/12/27 【聯合報╱記者陳幸萱】[img]http://mag.udn.com/magimages/4/PROJ_ARTICLE/0_0/f_290801_1.jpg[/img]
圖中是NASA科學家發現以砷為食細菌的美國Mono湖，那裡有不少怪石，沒想到也存在奇特的生命。（路透）
[img]http://mag.udn.com/magimages/4/PROJ_ARTICLE/0_0/f_290801_3.jpg[/img]
研究人員從摩諾湖找到的GFAJ細菌，在電子顯微鏡下，看起來像米粒，它們有著和其它物種全然不同的代謝系統。（路透）
「這些年來，科學家對尋找外星生命的熱忱和研究是很積極的。」清華大學生命科學系教授李家維說。但是，「外星生命」很可能就存在我們身邊！
2010年12月初，NASA 公布一項重大發現，科學家發現一種可以靠砷 （arsenic） 存活的細菌，這就是一種全新的生命形態。這種李家維稱之為「異形生物」的細菌，可以在高砷環境中生存，並以砷取代生物細胞內構成生命的六大要素之一的元素─磷（phosphorus ）。
一般科學家的認知，碳、氫、氧、氮、硫、磷六種元素是構成生命不可或缺的基本元素，而砷對一般生物來說則是毒性物質，可以在細胞中取代磷的位置。因為在化學元素週期表中，砷就排在磷的下面，化學結構相似；李家維說，因此砷可以用和磷相同的管道進入細胞中，但卻無法發揮磷在細胞中的功能，會讓細胞死亡。
李家維指出，磷構成一般生物的 DNA 骨架，並以 ATP 的形式傳遞細胞能量，細胞內的重要生理活動也會使用磷酸根當「開關」，啟動或關閉特定蛋白質活性；磷是細胞內的重要物質。NASA 新發現的微生物卻可以砷代替磷的功能，把蛋白質、脂肪甚至DNA中的磷，以原本對生物有劇毒的砷取代。
美國國家航空暨太空總署天文生物學研究所 （NASA Astrobiology Institute） 的 Felisa Wolfe-Simon 博士與美國地質調查局 （U.S.Geological Survey） 合作，從摩諾湖沉積物中取出微生物培養，餵食醣、維他命及一些稀有金屬，完全不給這些微生物磷酸鹽 （磷在生物中最常被運用的形式），而給予愈來愈多的砷酸鹽。
其中有一種被命名為 GFAJ-1 的菌株，屬於喜歡高鹽環境、大多存在海洋中的鹽單細胞科 （Halomonadaceae），被研究團隊挑出來放在試管中培養；其中一些 GFAJ-1 細菌被放在高量砷酸鹽的環境，另一些只獲得磷酸鹽。
實驗結果發現，以砷酸鹽餵養的細菌雖然長得比獲得磷酸鹽的細菌慢，但仍可穩定生長。菌種每 2 天就能繁殖 1 倍。此外，儘管 GFAJ-1 細菌體內的磷酸鹽無法被徹底清除，GFAJ-1 細菌確實已經開始把砷酸鹽當成生長的養分，取代原本磷酸鹽的功用。
「由研究資料，我們得知砷酸鹽逐漸全面取代磷酸鹽。」Wolfe-Simon 表示，「如果我們是正確的，這種微生物已經以全然不同的方式存活下來。」
臺大生物環境系統工程學系副教授廖秀娟表示，這項發現是科學界對生物體必需元素知識的顛覆，外太空的生物探討方式需要被重新思考。因為目前人類往外太空尋找生物時，多是朝含有地球上生物必需元素的環境尋找；如今發現有細菌能靠過去認定的「毒性物質」生長，表示科學家需要對「適合生物生存」的環境重新定義。
砷元素解析／吃砷好氧菌 幫地球解毒
2010/12/27 【聯合報╱記者陳幸萱】砷對人類公共衛生而言是很大的威脅，臺大生物環境系統工程學系副教授廖秀娟團隊和美國地質調查局 （U.S. Geological Survey） 合作，研究臺灣地下水中砷的來源；發現微生物是將砷「釋放」到水裡的重要生物因子。
根據世界衛生組織發表的報告指出，長期引用含高濃度砷 (AsO3) 的地下水，使孟加拉目前面臨「人類歷史上最嚴重的集體中毒事件」。在全國 1.25 億人口當中，至少有 8500 萬人因長期飲用含有高濃度砷地下水而引發大規模中毒。
在半個世紀前，「烏腳病」也曾流行於臺灣西南沿海一帶；許多學者認為，這與引用高砷含量的地下水有關。隨著臺灣自來水普遍化，飲用地下水而引起烏腳病的嚴重病例已不復見。
但臺灣仍有許多地區地下水砷含量高於世衛組織定的 10 ppb （微克／公升） 安全值；廖秀娟指出，宜蘭、雲林、濁水溪沖積扇和金門，有些水井的地下水含砷量甚至高達數百 ppb。
廖秀娟說，雖然目前臺灣人很少直接飲用地下水，但養殖漁業大量使用地下水，可能已經造成嚴重的生物累積效應。而「要解決問題，就要探討基本的機制」，研究高砷含量地區的砷如何從環境進入水中。
廖秀娟研究團隊分析從濁水溪沖積扇及布袋地區採回的土壤樣本，發現只要十週，含有微生物的土釋放出的砷就高達數百 ppb；而去除微生物的泥土，所「貢獻」的砷則相當有限。
研究團隊再從中篩選出一種特定的好氧菌 （喜好有氧環境的細菌），發現三十分鐘內，這些細菌就可以把濃度達 2,000 ppb 的三價砷氧化成毒性較低的五價砷。
這些吃「毒性物質」的微生物，能藉由轉換砷的氧化還原態，就像攝食般獲得能量；是地球上原本就能抵抗環境中毒性的生物。廖秀娟說，這應該也是世界上首次發現高砷地區「原產」細菌具有「解毒」功能；雖然還在實驗階段，但未來有可能應用在環境復育上，將有解毒功能的現地細菌放回，降低高砷環境的毒性。
[b]未知生命 來自另一起源？[/b]
清華大學生命科學系教授李家維指出，目前地球上的生命有許多共同特徵，因為本質極為相像，學界多認為，這些生命是來自同一次的生命起源。
這些相似之處包括，生命由有機物組成，細胞內分子的骨架都是由碳（C）所構成，DNA的雙螺旋分子全部都是右旋，並且除了少數例外，所有科學家熟悉的生物，都使用同樣的二十種胺基酸來建構蛋白質。
若能找到一種生物，違反科學家熟知的這些生命規則，「就是和我們不同的異形生命。」李家維說，科學家過去幾年就一直在尋找能用砷取代磷，或用矽（Si）取代碳的生物；因為砷和磷、碳和矽在元素周期表中位置相近，都有類似的化學性質，但我們熟知的生物卻「不約而同」地選擇了其中一種元素，並讓它們在生命中扮演重要角色。
李家維說，這種「不約而同」的選擇，可能是因為來自同一次生命起源。他指出，NASA的新發現可說是被「熱烈期盼的研究成果」；不僅代表地球上的確存在我們所不知道的「異形生命」，同時也可能是地球上不只有過一次生命起源的證據。
砷元素解析／延伸閱讀
2010/12/27 【聯合報╱記者陳幸萱】1.崔鐘雷／《外星生物未解之謎大記錄》（簡體中文）／哈爾濱出版 社出版
2.妮娜‧貝克（Nena Baker）著，李毓昭譯／《別碰有毒日用品》／晨星出版社出版
3.張愛華主編／《砷與健康》（簡體中文）／科學出版社出版
4.通鑑文化編輯部／《神秘生物未解之謎》／通鑑文化出版
5.《科學人》月刊2008年1月號（異形就在你身邊？），遠流出版社出版
6.阿米爾‧艾克塞爾著，許晉福譯／《機率1：第 二個地球─揭開外星生物之謎》／世潮出版社出版
ABC必學單字大閱兵
DNA（deoxyribonucleic acid）去氧核糖核酸
ATP（adenosine triphosphate） 三磷酸腺苷
ppb（parts per billion）十億分之一，可用在質量上，一公斤物質中有一微克某物質，某物質含量即為1ppb。
As（arsenic）砷（化學元素）
P（phosphorus）磷（化學元素）
頁:
[1]