GFAJ-1

发现历程

GFAJ-1是由一位美国宇航局（NASA）太空生物学研究员、前亚利桑那州立大学地球和空间探索学院学者、地质微生物学家费莉莎·沃尔夫－西蒙（Felisa Wolfe-Simon）在美国加利福尼亚州门洛公园（Menlo Park）的美国地质调查局驻地发现并培养的。2010年12月2日，这项发现被公之于众。
2009年，费莉莎及其同事在门洛公园莫诺湖岸边的沉积物中对此微生物群落进行了分离并开始隔离培养。门洛湖是一个咸水湖，且其湖水中砷浓度之高也在世界湖泊前列（达200μmol/L）。

培养与检测

为了验证GFAJ-1可以在莫诺湖环境里以砷代替磷来生存繁衍的猜想，沃尔夫-西蒙在湖岸采集了GFAJ-1的样本并尝试着利用无磷培养基培养它们。所谓“无磷培养基”，是以40mmol/L砷酸盐为主要溶质、仍可能含有3.1 (± 0.3)μmol/L残留磷酸盐杂质的试剂。 研究人员发现在高砷无磷的环境下，该细菌仍能够生长和繁殖，且六天时间内细菌浓度增长了20倍，这个速度仅比在传统的含磷培养基中稍慢。在高砷环境中，GFAJ-1的含砷量占到其干重的0.19%——而在对照组中砷的含量仅为0.001%。在试剂中完全除去磷或砷都将阻碍GFAJ-1细菌的生长。在缺磷环境下，该细菌的磷含量只占其干重的0.019 (± 0.001) %，是在1.5mmol/L的纯磷酸盐溶液（不含砷酸盐）中培养后测得的含量的三十分之一，也只有其他大多数细菌的百分之一左右，且这时的磷含量仅仅占该细菌细胞砷含量（干重占0.19(± 0.25)%）的十分之一。当放入砷酸盐溶液中培养时，GFAJ-1的生长速率只有在磷酸盐溶液中的60%。研究同时发现，在缺磷环境下，细菌的细胞内容积扩增至正常情况下的1.5倍。据猜测，增大的容积可能与与其细胞内部大液泡的出现有关。 研究人员利用同位素示踪法研究了GFAJ-1细胞内砷元素的分布：他们将用放射性同位素标记过的砷酸盐添加入溶液中以追踪其中砷元素的动向，发现（标记过的）砷元素出现在了GFAJ-1细胞中的蛋白质、脂质和ATP等有机物中，研究人员甚至在其DNA和RNA中也发现了砷元素的存在。 研究人员用酚/氯仿抽提法来萃取静止态（stationary phase）缺磷GFAJ-1细胞的核酸（先后用1体积苯酚、3体积苯酚与氯仿的1:1混合液及1体积氯仿萃取核酸），再利用乙醇沉淀。对获得的核酸进行的放射性测量显示：GFAJ-1细胞吸收的砷元素中，约有百分之十（11.0±0.1%）最终进入其核酸分子内。

质疑

史蒂芬·A·班讷（Steven A. Benner）对该细菌DNA能以砷代磷表示质疑，认为沃尔夫－西蒙在实验室培养时所用的培养液中杂质里的磷酸盐含有量已足以满足细菌DNA对磷的需求。因而他坚信砷化物更有可能被用于细菌细胞的其他部位。
在线杂志Slate的科学编辑卡尔·齐默（Carl Zimmer）在谈论到科学家对此的质疑时表示：“我与许多专家进行了沟通……他们均一致表示，NASA的科学家们把这个事情搞砸了。”不列颠哥伦比亚大学的微生物学家罗西菲·尔德（Rosie Redfield）认为这一论文里面“并为DNA或者其它分子中含有砷提供强有力的证据”，并且提出试验缺乏清洗步骤以及对照实验，因此不能证明他们的结论是正确的。哈佛微生物学家亚历·布拉德利（Alex Bradley）评论道，论文中提到的含砷化合物在水中很可能是不能稳定存在的。

意义

GFAJ-1是现已知的生命中首个可以在磷含量极少乃至无磷环境中生长的物种。这个发现在太空生物学领域上可谓意义深远。一些太空生物学家们据此推断说，这表明了当处于可用磷大量短缺的环境中时，生命体依旧可以存在，从而延展了在宇宙中其他地方找寻生命的可能性。长期以来的假说认为，外星生命或与地球生命有着截然不同的化学组成，而此项发现正为该假说提供了强有力的证据，并或可对寻觅外星生命有所助力。也有推测称这种以砷代磷的现象可以追溯到地球的生命起源，因为这种现象可能发生在富含砷的海底火山环境中。