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  • 1 # cnBeta

    傳統研究指出,砷對幾乎所有生物都有著巨大的毒性。

    但是近日,華盛頓大學的研究人員們發現,在廣袤的太平洋中,某些微生物不僅可以耐受,甚至可以做到“連呼吸中都帶著砷元素”。

    顯然,這項研究讓我們對生命如何適應環境的變化、以及在其它星球上探尋生命,有了更加獨到的見解。

    【圖自:Noelle Held / Woods Hole 海洋研究所】

    在地球上,許多生物都需要透過呼吸作用,讓氧氣在身體的細胞中流動。如果缺少氧氣,顯然會對這些生物的生理機能(甚至生存狀況),帶來不可預估的嚴重影響。

    然而在地球上,也有許多在極端環境下生存的生物,它們竟然進化出了可以利用其它元素進行‘呼吸’的技能(通常為氮或硫)。

    研究合著者 Gabrielle Rocap 指出:“在海洋中的某部分‘三明治’水域,幾乎測不到氧氣的含量。因而這裡的生物必須藉助其它元素為電子受體,以便從食物中提取能量”。

    據悉,這一發現是在墨西哥海岸附近的太平洋聚集區的水樣中得到的。

    透過對樣本的 DNA 進行遺傳學分析,研究團隊發現了兩條已知的遺傳途徑。

    這類微生物可將某種形式的砷分子轉化為另一種形式(反之亦可),以幫助其獲得能量。

    【圖自:Wikimedia,via 華盛頓大學】

    其實早就有研究人員在砷含量較高的溫泉或湖泊中,發現過可以吸入砷的微生物。但是在砷元素含量並沒有那麼高的海洋中,這點卻是相當奇特的。

    Rocap 指出,鑑於有機體可藉助‘砷呼吸’來生存,它也開闊了我們‘瞭解一種全新的新陳代謝方式’的眼界。

    儘管這類微生物僅佔其所處水域中微生物總量的百分之一,但它們似乎與陸地和湖泊中的(砷呼吸)同類有著很大的聯絡。

    一個猜測是,這種生存策略是遠古時代的一種延續,那時地球上砷元素在自然界的含量,要比現在高得多。

    研究一作 Jaclyn Saunders 表示:“我們發現了仍在那裡的遺傳訊號特徵,遠古海洋的遺蹟,其實一直存續到了今天”。

    最酷的是,它們可以在砷含量相當低的環境中表達其基因,這拓展了我們在其它富砷極端環境中尋找‘砷呼吸’生物體的界限。

    預計隨著氣候的變化,地球海洋中的溶解氧總量會出現下降,類似‘砷呼吸’微生物可能會再度捲土重來。

    下一步,研究團隊將嘗試在實驗室環境中培養這些微生物,以加深對它們的瞭解。

    有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。原標題為:

    《Complete arsenic-based respiratory cycle in the marine microbial communities of pelagic oxygen-deficient zones》

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