Жизнь на основе мышьяка

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Жизнь на основе мышьяка — несостоявшееся открытие, сделанное в ходе исследования метаболизма штамма GFAJ-1, с последующим "закрытием" в результате научной дискуссии.

В природе эти бактериии живут в неблагоприятных условиях окружающей среды в озере Моно в штате Калифорния (США), вода которого отличается высоким содержанием щелочей и солей — в частности, высокой концентрацией солей мышьяка.

Оживленная научная дискуссия, развернувшаяся после сообщения, о том, что штамм GFAJ-1 якобы встраивает в свою ДНК мышьяк вместо фосфора, продемонстрировала способность научного сообщества оперативно исправлять ошибки и артефакты исследований.

Дискуссия продемонстрировала, как рождаются научные ошибки и как они развенчиваются — в полном соответствии с принципом фальсифицируемости.

Краткая история «открытия»[править | править код]

Фелиса Вольф-Саймон

Статья об открытии штамма GFAJ-1 была опубликована 2 декабря 2010 года астробиологом НАСА Фелисой Вольф-Саймон[en].[1][2][3].

Согласно Вольф-Саймон, она и ее коллеги обнаружили микроорганизм, способный жить и размножаться, встраивая токсичный для других форм жизни мышьяк в свой генетический материал (ДНК). По мнению авторов статьи, в ДНК этой бактерии мышьяк занимает место фосфора, поскольку он имеет схожие с фосфором химические свойства.

Фото бактерии GFAJ-1, растущих в среде с фосфором. (Из статьи F. Wolfe-Simon и J. Switzer Blum)
Фото бактерии GFAJ-1, растущих в среде с мышьяком. (Из статьи F. Wolfe-Simon и J. Switzer Blum)

Фосфор является одним из необходимых элементов жизни. Он входит в состав аденозинтрифосфата, универсального переносчика энергии клетки. Также фосфор является составной частью фосфолипидов, формирующих мембраны клеток.

Участие мышьяка в биохимических процессах некоторых организмов[править | править код]

Содержание мышьяка в земной коре 1,7·10−4% по массе. В морской воде 0,003 мг/л[4] (фосфор — 0,05—0,2 мг/л).

Несмотря на свою токсичность для большинства земных форм жизни, мышьяк всё же участвует в биохимических процессах определенных организмов[5].

Некоторые морские водоросли и беспозвоночные включают мышьяк в комплекс органических молекул, таких как арсеносахараarsenosugars» — углеводы с присоединёнными к ним соединениями мышьяка), арсенобетаины[6], арсенохолин и соли тетраметиларсония. Грибы и бактерии могут производить летучие метилированные соединения, включающие в свой состав мышьяк. Мышьяколипиды[7] (или «арсенолипиды»), используемые вместо фосфолипидов, также были обнаружены в низких концентрациях во многих морских организмах.

Их зачастую накапливают водоросли в тропических регионах, где в воде недостаточно фосфора — их роль пока что мало изучена. Некоторые бактерии используют арсенат, окисленную форму мышьяка, для своей жизнедеятельности. Также, некоторые прокариоты используют арсенат как конечный получатель электрона при брожении ((As V+ → As III+), то есть превращая арсенаты в арсениты), а некоторые могут использовать арсенат как донор электрона для генерирования энергии.

Единственная бактерия, способная использовать арсенат как конечный акцептор (вещество, принимающее электроны и водород от окисляемых соединений и передающее их другим веществам) электронов в ходе т. н. «арсенатного дыхания» — облигатно анаэробный хемолитоавтотрофный микроорганизм (рода Chrysiogenes) Chrysiogenes arsenatis.

Штамм GFAJ-1[править | править код]

Обнаружение доктором Фелисой Вольф-Саймон микроорганизма GFAJ-1, обитающего в экстремальных условиях озера Моно послужило началом оживленной научной дискуссии. Дискуссия завершилась исследованиями профессора Р. Рэдфилд.

Закрытие «открытия»[править | править код]

Профессор Розмари Рэдфилд в своём блоге 4 декабря 2010 года, анализируя статью Фелисы Вольф-Саймон, написала о том, что «высокотехнологичным методам определения содержания мышьяка, вроде масс-спектрометрии, предшествовали крайне примитивные методы выделения и очистки».[8]

21 июня 2011 года профессор получила для исследования живой штамм GFAJ-1. Следующие две недели ушли на выяснение, почему у неё в лаборатории штамм растёт не так, как описывалось у Вольф-Саймон. Оказалось, что в опытах Вольф-Саймон использовала агар, а Редфилд — более чистую агарозу, не содержащую калия.

Ещё полгода потребовалось профессору Редфилд, чтобы разобраться с условиями роста штамма GFAJ-1 в условиях избытка, или наоборот, недостатка различных элементов (калия, кальция, натрия, фосфора, мышьяка). Наконец, 14 января 2012 года, были обнародованы результаты. Из двух культур штамма, одна из которых была выращена в условиях избытка мышьяка, а вторая — при его отсутствии, была выделена ДНК. В результате масс-спектрометрии образцов мышьяк не был обнаружен ни в одной из проб. Таким образом, было доказано, что мышьяк не встраивается в ДНК бактерии GFAJ-1. Наличие мышьяка в работах Вольф-Саймон объяснялось небрежными методами очистки.

Таким образом «открытие» Вольф-Саймон получило своё «закрытие» в работах Редфилд.[9][10]

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Wolfe-Simon F, Blum JS, Kulp TR, et al. (December 2010). «A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus». Science. DOI:10.1126/science.1197258. PMID 21127214.
  2. Arsenic-eating microbe may redefine chemistry of life (англ.). naturenews. Проверено 26 января 2011. Архивировано 24 февраля 2012 года.
  3. Астробиологическое открытие ведёт насыщенную ядом жизнь (рус.). membrana. Проверено 26 января 2011. Архивировано 24 февраля 2012 года.
  4. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  5. Biochemical Periodic Table - Arsenic. Umbbd.msi.umn.edu (8 июня 2007). Проверено 29 мая 2010. Архивировано 16 августа 2012 года.
  6. Бетаин — триметильное производное глицина — триметилглицин, или триметиламиноуксусная кислота (внутренняя соль). Арсенобетаин [(CH3)3As+CH2COO−]
  7. Лаборатория морских липидов — Прочие полярные липиды
  8. Felisa Wolfe-Simon’s poster at the Dec. 2011 AGU meeting // http://rrresearch.fieldofscience.com, 16 dec 2011 (англ.)
  9. Absence of arsenate in DNA from arsenate-grown GFAJ-1 cells // https://arxiv.org, 31 Jan 2012 (англ.)
  10. Две дамы, ДНК и мышьяк // «Химия и жизнь» № 3, март 2012 (рус.)

Ссылки[править | править код]