砷生命

orionsnow

好像上个月就听说了，一直没有仔细看。

好像听说science 上边有paper， 回头下载下来看看

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砷生命：为什么是磷被取代？
本文引用地址： http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=390184

        最近NASA的新闻确实有点猛，先是发现离我们很近的黑洞，又发现主要利用砷而非磷作为主要生物大分子（核酸，蛋白质）组分的极端微生物 GFAJ-1。可惜的是，目前国内对这个科学发现的了解主要是通过媒体，Science上的论文尚不能下载。无论如何，这是一个重大发现。对于这种微生物的发现，我们需要考虑的一个问题是：为什么是磷被取代？相较而言，为什么是砷取代磷是一个相对容易理解的问题。

        先来看看为什么是砷取代磷。如果大家注意观察化学元素周期表的结构，就会发现除去氢之外，生命所利用的主要元素集中在元素周期表右上的一小块地方（红框所示），即碳、氮、氧、硫、磷，现在可以加上砷元素（毕竟其在GFAJ-1中非常重要）。氮、磷、砷同属氮族元素，他们有相似的化学性质，从这个角度来看，砷取代磷是比较容易理解的。





        我自己觉得一个更重要的问题是，为什么DNA分子中的磷被砷取代，而非碳或氮被其他元素取代？在DNA分子的一级结构中，磷酸二酯键连接了脱氧核糖核苷酸（或核糖核苷酸），即一个个的磷起了串联作用；在二级结构中，含氮碱基对被用氢键连接从而形成双链。从原子组成来看，C、O、N甚至H都比P要多。从功能的角度来看，四种碱基（ACGT）在DNA分子中应该有最重要的作用，碱基突变是DNA和生命进化的源头。所以，如果DNA分子中某种化学元素被取代的话，最容易的应该是磷了。而如果磷被取代，最好的替代元素当然是与它化学性质和衍生功能类似的同族元素，这时候可以保证 DNA分子可以按照正常的机制行使功能，其他生物大分子如蛋白质也可以发生相应的组分变化。GFAJ-1在地球上可以生活的很好，正说明类似的替代是可行的（As—P）。虽然砷生命的发现意义重大，但我个人觉得其在DNA复制、蛋白质合成等方面的机制同利用磷的绝大多数生命应该是一致的。


（该图片引自http://en.wikipedia.org/wiki/DNA）

        不过，砷生命的发现也引发了另一个有关生命起源的问题。Wolfe-Simon等人报道说该细菌在培养的过程中其体内的磷原子逐渐被砷原子替代，起码说明 GFAJ-1具有很好的利用砷的能力，而这种能力不可能是一时形成的，或者说，自然界或许从很久以前即存在利用砷酸DNA的生物。如果如很多科学家推测的，RNA是比DNA更早的遗传物质形式，那么砷酸DNA是如何进化的（或者说，利用砷的能力是如何进化的），也是需要我们思考的问题。是该种微生物及其祖先在进化过程中其DNA中的磷逐渐被砷取代？还是在生命进化的早期，也存在着砷酸RNA呢？
本文引用地址： http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=390184


[19] 标题：
发表评论人：[游客]1 [2010-12-10 23:38:09] ip:140.247.79.*  
已经受到老美一些科学家的质疑.但实际上,世界是无穷的,相对人类的认知能力,我们连皮毛都不懂,但应该有开放的心态.我们不禁要问,现在的科学体系是正确的,按照这个体系我们就能够认识整个宇宙?科学家同志们应该跳出现有思维的限制,也许人类会有更大突破.
博主回复：that's the point
[18] 标题：
发表评论人：[游客]hyymaggie [2010-12-10 13:10:44] ip:121.33.190.*  
感谢作者同意转载，转载地址：http://bulo.hjenglish.com/group/topic/353387 /。保留作者一切权利！可以在上面地址的bbs里联系我:)
[17] 标题：
发表评论人：[游客]w [2010-12-10 12:29:47] ip:221.223.48.*  
中国“科学家”有资格发表评论？？？
博主回复：任何人即使不是科学家都可以发表评论，包括你
[16] 标题：
发表评论人：[游客]hyymaggie [2010-12-10 1:27:49] ip:121.33.190.*  
你好，请问你这篇文章可以转载吗？转到沪江论坛的科学60秒节目，转载地址 http://bulo.hjenglish.com/group/topic/353387/，保留作者的一切去权利！
博主回复：可以转载，注明作者和链接。
[15] 标题：
发表评论人：lcb8207 [2010-12-9 14:15:31]   
真是一个重大的发现啊，咱们国内学者怎么就取得这样的成果呢？
[14] 标题：
发表评论人：chemicalbond [2010-12-8 4:56:27]   
质疑的声音开始交响了，科学网的博主们是否也该悠着点

http://rrresearch.blogspot.com/2 ... bacteria-nasas.html

http://pipeline.corante.com/arch ... vidence_hold_up.php
博主回复：嗯，对研究本身确实需要批判的态度。
[13] 标题：
发表评论人：qhuzhl [2010-12-5 23:48:22]   
博主，请问我怎么在12.3号就好像把全文给下载下来了，附件也下了！你们怎么都说不能下呢。等我下第三篇时就要收费了！
博主回复：嗯是可以下呵，我当时没意识到在家里是下载不了的，单位可以。
[12] 标题：
发表评论人：wantzhen [2010-12-5 19:04:38]   
在地球的理化环境下，绝大部分生命是用P的，当然也会有非常极端的情况了
博主回复：嗯按说会存在这种可能
[11] 标题：
发表评论人：[游客]Guan [2010-12-5 13:10:16] ip:60.191.99.*  
论文已经可以下载了
博主回复：是的呵
[10] 标题：
发表评论人：chemiandy [2010-12-5 5:43:32]   
砷酸DNA与磷酸DNA有何不同，是一个有趣的问题。As比P多一个d壳层，原子半径更大，As-O bond更长，用它来构成的双螺旋弹性可能更大一些，或者说化学稳定性和力学稳定性都不如磷酸DNA，所以生命选择了P。
博主回复：如你所说，是不是也暗示砷酸DNA有更大的进化潜力呵？