• Saturday July 20,2019

Merkelig uvitende: En bedre slutt på #Arseniclife Affair

Anonim

Det kommer nær to år nå siden et NASA-finansiert team av forskere kunngjorde at de hadde funnet en form for liv som brøt alle reglene ved å bruke arsen for å bygge sitt DNA. Det er blitt noe av en besettelse for meg. Hvis du vil følge sagaen, klikk her og start tilbake på det tidligste innlegget. I juli levde jeg bloggen om at andre forskere hadde replikert eksperimentet og ikke klarte å finne de samme resultatene. På noen måter var det den logiske slutten på historien

Min fascinasjon med denne historien har blitt temperert fra starten av en skummel følelse. Som vitenskapsforfatter liker jeg mest med å rapportere om fremskritt i biologi: Forskningen som åpner opp den naturlige verden litt bredere i vårt sinn. "#Arseniclife" -affären var mindre om biologi enn om hvordan vitenskapen blir gjort og hvordan det går galt: de alvorlige spørsmålene det hevet om peer review, replikering og vitenskapelig kommunikasjon. Den voldsomme debatten gjorde noen sikkerhetsskader. Den aktuelle mikrobe, kjent som GFAJ-1, gikk fra å være arten som ville tvinge oss til å omskrive biologi lærebøkene til enda en bakterie som ikke ga noen alvorlig utfordring for ensartetheten i livet. Det ble kjedelig.

Men biologi er ikke kjedelig. Elefanter og redwoods kan begge være laget av de samme elementene, kan begge bygge gener fra DNA, kan begge bruke samme genetiske kodebok for å bygge proteiner - men de er svært forskjellige fra hverandre i noen henseender, og hver i deres egen vei, er absolutt ikke kjedelig. Det er heller ikke GFAJ-1. Og så er det glede å se et nytt papir i det siste utgaven av Nature, hvor en gruppe forskere plukker mikrobiens biologi og oppdager noe veldig interessant.

Hele søket etter arsenlev har begynt fordi arsen, til tross for å være giftig, ligner veldig på et essensielt element, fosfor. Fosfor er en del av DNA-ryggraden, for eksempel, og det er en ingrediens i energilagringsmolekylen ATP-i hvert tilfelle i en form kjent som fosfat, med fire oksygenatomer påsatt. Arsenat (arsen koblet til tre oksygenatomer) er omtrent identisk i størrelse, har lignende ladning til oksygenatomer, og har mange andre kjemiske likheter med fosfat.

Så arsenet liv laget lurte på om livet kan overleve med arsen i stedet for fosfor. En måte å teste den ideen på ville være å rake ut til en planet der det bare er arsen og ikke fosfor og se etter livet. En annen ville være å se etter livet på jorden som kan bytte arsen for fosfor. Den arseniske livsteamet valgte den sistnevnte og ledet til Mono Lake i California, hvorav vannet er lastet med arsen. De brakte bakterier tilbake til laboratoriet, avviste det av fosfor og leverte det med arsen i stedet. Bakteriene vokste fortsatt. Det faktumet og andre studier de gjennomførte overbeviste dem om at bakteriene faktisk hadde blitt arsen-liv.

Konsensus i dag er at forskerne ufødt matte bakteriene akkurat nok fosfor for å overleve, og testene som syntes å indikere arsenet, var inne i DNA'en, som ikke ble utført nøye nok.

Men tenk på det for et øyeblikk. Forestill deg hvordan det er for en mikrobe i Mono Lake, eller i laboratoriet til en spesielt sadistisk forsker. Du drukner i arsenat, og for å holde seg i live, for å fortsette å vokse, må du gripe de dyrebare få fosfatmolekylene som dør forbi.

Dan Tawfik, en ekspert på proteinfunksjon ved Weizmann-instituttet i Israel, og hans kolleger har avdekket noen av GFAJ-1s hemmeligheter for å overleve. GFAJ-1 og andre bakterier absorberer fosfat gjennom deres ytre membran, inn i et smeltet lag av væske som kalles periplasma. En gang der blir fosfat grepet av såkalte fosfatbindende proteiner, som deretter leverer fosfat til det indre av mikroben. Tawfik og hans kolleger undersøkte disse proteinene i enestående detalj for å se hvordan de fungerer.

Forskerne tilbød proteiner en blanding av arsenat og fosfor. Selv når de økte forholdet til 500 molekyler arsenat til hvert fosfatmolekyl, klarte proteiner å plukke ut fosfat over halvparten av tiden. Forskerne undersøkte da proteiner for å finne ut hvordan de gjør slike fine diskriminasjoner. Når proteiner møter et fosfatmolekyl, forvikler de det i en tett lomme, som binder fosfatet med 12 forskjellige hydrogenbindinger. Når arsenat faller inn i den lommen, passer det ikke helt inn, og bindingen mellom ett av oksygenatomene i arsenatet og et av hydrogenatomer i proteinet blir vridd. Det blir presset til en så ubehagelig vinkel at arsenatet faller ut.

Dette funnet tyder på at vanlige mikrober er godt tilpasset å plukke ut fosfater når de er knappe, ved å bruke sine masete fosfatbindende proteiner for å avvise rikelig arsenat. GFAJ-1 sitter fast på et sted hvor fosfat alltid er lite og arsenat er alltid farlig stort. Tawfik og hans kolleger fant at en form for fosfatbindende proteiner er spektakulært masete, foretrekker fosfater med en faktor på 4.500. Hva mer er, produserer GFAJ-1 mange kopier av dette superverdige proteinet. Som et resultat kan GFAJ-1 trives i Mono Lake. Faktisk kan det håndtere arsenat-til-fosfatforhold opp til 3000 ganger høyere enn i sjøen.

Å finne fremmede liv på jorden ville vært stor. Men å se hvordan livet som vi kjenner det, klarer å tilpasse seg planetens ekstremer, er også en fornøyelse. Og det er et bra sted for historien om arsenets liv å stoppe: på det punktet hvor ny vitenskap begynner.

[Oppdatering: Rosie Redfield, Mikrobiologen for Universitetet i Britisk Columbia, som ble en ledende skeptiker for arsenlevann, påpeker Maneesh i kommentarene at fosfater faktisk er rikelig i Mono Lake. Takk for at du pekte på det, Rosie Maneesh!]

Mer:

Avisen

C & EN artikkel

Nature News

[Bilde av Mono Lake av .Bala via Flickr, under Creative Commons License]


Interessante Artikler

Mystiske arter kan ha interbreed med mennesker

Mystiske arter kan ha interbreed med mennesker

Historien om menneskelig evolusjon blir stadig mer komplisert. Forskere denne uken kunngjorde oppdagelsen av et lårben som kunne tjene som bevis på en ny gren i vårt slektstre. Lårbenet var datert til rundt 14.000 år siden, og utfordret forestillingen om at andre arter av gamle mennesker døde etter at moderne mennesker hadde opptrådt. I ste

Er det en genetisk grunnlag for å løpe etter alle?

Er det en genetisk grunnlag for å løpe etter alle?

DNA Genetikere avdekker et annet nivå av menneskelig etnisk mangfold: Det kan ikke være hvilke gener vi har så mye som måten de oppfører seg på som står for våre forskjeller. Ved hjelp av det internasjonale HapMap-prosjektet, som katalogiserer humane genvarianter på tvers av populasjoner, samler forskere fra University of Pennsylvania Vivian Cheung og Richard Spielman først sekvensene av en bestemt hvite blodcelle fra 82 asiater og 60 personer av europeisk nedstigning. Deretter

Jägeren-samlere i oss

Jägeren-samlere i oss

Lesley-Ann Brandt En av grunnene til at HGDP-populasjonene er vektet mot urfolksgrupper er at det var forståelse for at disse populasjonene kanskje ikke vil være lengre etter verden i deres nåværende form. Men gjenvinningen av Taino-genomet illustrerer at selv om befolkningen ikke lenger er hos oss. de

På utdanning og  'Science Literacy '

På utdanning og 'Science Literacy '

Mens jeg forbereder lørdagens utdanningspanel, la vi gå tilbake til et beslektet emne som diskuteres her i løpet av de siste ukene. Jeg er nysgjerrig på å finne ut hvordan våre nye lesere føler om begrepet " science literacy ". Tror du det er noe lært i klasserommet eller ervervet ved naturlig nysgjerrighet og ivrig intellekt? Er en

Vitenskapsforfattere: Du har store krefter.

Vitenskapsforfattere: Du har store krefter.

Nyhetene i disse dager er dystre for vitenskapssinnet. Guvernøren i Texas, som også vil være din president, sier at Texas skoler lærer kreasjonisme. (De skjønner ikke, selv om Perry-som utnevnte en kreasjonist til å lede statsrådets utdanning - kan ønske seg noe annet.) Astrophysicist Neil deGrasse Tyson snakket lidenskapelig på HBO om landets retrett fra drømmer. Så jeg f

NCBI ROFL: Farge og kvinners attraktivitet: når røde klær blir oppfattet som å ha en mer intens seksuell hensikt.

NCBI ROFL: Farge og kvinners attraktivitet: når røde klær blir oppfattet som å ha en mer intens seksuell hensikt.

"Forskning har vist at med noen nonhuman primater, er rød forbundet med større seksuell attraktivitet hos kvinner, og nyere studier har funnet ut at en kvinne med røde klær øker tiltrekningsadferd hos menn. Imidlertid er mekanismen som forklarer slik atferd, ikke studert. I dette eksperimentet antydet vi at menn overvurderte kvinners seksuelle hensikt når de hadde på seg røde klær. Deltake