科学家在太平洋里发现了“呼吸砷”的生物

作者:李彤馨/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2019-05-16

在气候变化的情况下,呼吸砷的生物数量可能渐渐增多。

科学家在太平洋里发现了“呼吸砷”的生物

图片来源:Noelle Held/Woods Hole Oceanographic Institution

对于大多数生物来说,砷是一种致命的毒药,但最新研究表明,在太平洋低氧区的微生物都在吸入砷。

华盛顿大学海洋学Gabrielle Rocap是这项研究的合著者,该研究于2019年4月29日发表在《美国国家科学院院刊》上。Rocap在一份声明中说:

我们早就知道海洋中的砷含量很低。但有机体可以利用砷来维持生命的想法——对于开阔的海洋来说,它是一种全新的新陈代谢。

研究小组分析了2012年前往墨西哥沿海热带太平洋的研究航行中所采集的样本。海水样本来自于地表以下的一个区域,那里几乎没有氧气。Rocap表示:

在海洋的一些地方,有一个没有可测量氧气的夹层。这些区域的微生物必须使用其它元素作为电子受体,以便从食物中提取能量。

科学家在太平洋里发现了“呼吸砷”的生物

一个由四个氧原子包围的紫色砷原子是砷酸盐(左)。由三个氧原子包围的砷原子是亚砷酸盐(右)。这项研究发现,海洋生物可以通过物质间的相互转化,在缺氧的环境里获得能量。图片来源:Wikimedia

对海水中提取的DNA进行遗传分析后,研究人员发现了两种利用砷基分子转化作为能量获取方式的遗传途径。

他们认为,在水中发现的微生物可能与在温泉或是陆地上被污染地点所发现的砷呼吸微生物有着远亲的关系。

加州莫诺湖的天然含砷量很高。据悉其中含有能够过滤砷生存的微生物。。

生物学家们认为,利用砷进行呼吸的策略是地球早期历史的延续。在地球上出现生命的时期,空气和海洋中的氧气都很少。只有在光合作用现象变的广泛,并将二氧化碳气体转化为氧气之后,地球大气中的氧气才变得丰富了。早期的生命形式必须利用其它元素来获取能量,如砷,而砷在当时的海洋中可能更为常见。

这项研究的第一作者是伍兹霍尔海洋研究所的博士后Jaclyn Saunders。她说:“我们发现,以前的遗传特征一直存在并保留至今。”

在气候变化的情况下,呼吸砷的生物数量可能会再次增加。低氧区域预计也将扩大,溶解氧含量预计将在整个海洋环境中有所下降。Rocap说:“对于我来说,这只能说明,海洋里还有很多我们所不知道的东西。”


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