科学家在太平洋水域发现奇特的“砷呼吸”微生物

导读：传统研究指出，砷对几乎所有生物都有着巨大的毒性。

传统研究指出，砷对几乎所有生物都有着巨大的毒性。但是近日，华盛顿大学的研究人员们发现，在广袤的太平洋中，某些微生物不仅可以耐受，甚至可以做到“连呼吸中都带着砷元素”。显然，这项研究让我们对生命如何适应环境的变化、以及在其它星球上探寻生命，有了更加独到的见解。

（图自：Noelle Held / Woods Hole 海洋研究所，via New Atlas）

在地球上，许多生物都需要通过呼吸作用，让氧气在身体的细胞中流动。如果缺少氧气，显然会对这些生物的生理机能（甚至生存状况），带来不可预估的严重影响。

然而在地球上，也有许多在极端环境下生存的生物，它们竟然进化出了可以利用其它元素进行‘呼吸’的技能（通常为氮或硫）。

研究合著者 Gabrielle Rocap 指出：“在海洋中的某部分‘三明治’水域，几乎测不到氧气的含量。因而这里的生物必须借助其它元素为电子受体，以便从食物中提取能量”。

据悉，这一发现是在墨西哥海岸附近的太平洋聚集区的水样中得到的。

通过对样本的 DNA 进行遗传学分析，研究团队发现了两条已知的遗传途径。

这类微生物可将某种形式的砷分子转化为另一种形式（反之亦可），以帮助其获得能量。

 

（图自：Wikimedia，via 华盛顿大学）

其实早就有研究人员在砷含量较高的温泉或湖泊中，发现过可以吸入砷的微生物。但是在砷元素含量并没有那么高的海洋中，这点却是相当奇特的。

Rocap 指出，鉴于有机体可借助‘砷呼吸’来生存，它也开阔了我们‘了解一种全新的新陈代谢方式’的眼界。

尽管这类微生物仅占其所处水域中微生物总量的百分之一，但它们似乎与陆地和湖泊中的（砷呼吸）同类有着很大的联系。

一个猜测是，这种生存策略是远古时代的一种延续，那时地球上砷元素在自然界的含量，要比现在高得多。

研究一作 Jaclyn Saunders 表示：“我们发现了仍在那里的遗传信号特征，远古海洋的遗迹，其实一直存续到了今天”。

最酷的是，它们可以在砷含量相当低的环境中表达其基因，这拓展了我们在其它富砷极端环境中寻找‘砷呼吸’生物体的界限。

预计随着气候的变化，地球海洋中的溶解氧总量会出现下降，类似‘砷呼吸’微生物可能会再度卷土重来。

下一步，研究团队将尝试在实验室环境中培养这些微生物，以加深对它们的了解。

有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。原标题为：

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