砷是大多数生物的致命毒药，但新的研究表明微生物在太平洋的大片区域呼吸砷。华盛顿大学的一个研究小组发现，古老的生存策略仍然在海洋环境的低氧部分使用。
“我认为砷不仅仅是一个坏人，而且也是有益的，它重塑了我对这个元素的看法，”第一作者Jaclyn Saunders说道，她在威斯康星大学攻读博士论文，现在是博士后研究员。在伍兹霍尔海洋研究所和麻省理工学院。
该研究发表在本周的“美国国家科学院院刊”上。
“我们很早就知道海洋中的砷含量非常低，”联合作者，海洋学教授加布里埃尔罗卡普说。 “但是有机体可能会利用砷来谋生 - 这对开阔海洋来说是一种全新的新陈代谢。”
研究人员分析了表面以下几乎没有氧气的区域的海水样本，迫使生命寻求其他策略。这些地区可能会在气候变化下扩大。
“在海洋的某些部分，有一个水三明治，没有可测量的氧气，”罗卡普说。 “这些地区的微生物必须使用其他元素作为电子受体从食物中提取能量。”
最常见的氧气替代品是氮气或硫磺。但桑德斯的早期调查表明，砷也可以发挥作用，促使她寻找证据。
该团队分析了2012年研究巡航期间收集的样本到墨西哥海岸外的热带太平洋。对从海水中提取的DNA进行遗传分析，发现了两种已知的转化砷基分子的遗传途径，作为获取能量的途径。遗传物质针对两种不同形式的砷，作者认为这些途径发生在两种不同形式之间来回循环砷的生物体中。
结果表明，砷呼吸微生物占这些水域中微生物种群的不到1％。在水中发现的微生物可能与温泉或陆地污染地点的砷呼吸微生物有很大关系。
“我认为现今海洋中存在的这些砷呼吸微生物最酷的事情是它们在砷含量相当低的环境中表达它的基因，”桑德斯说。 “它开辟了我们可以在其他贫砷环境中寻找呼吸砷的有机体的界限。”
生物学家认为这种策略是地球早期历史的延续。在地球上生命出现的时期，空气和海洋中的氧气都很少。只有在光合作用变得普遍并将二氧化碳气体转化为氧气后，氧气才会在地球大气中变得丰富。
早期的生命形式必须利用其他元素获得能量，例如砷，这在当时的海洋中可能更常见。
“我们发现了仍在那里的遗传信号，过去海洋的残余物一直维持到今天，”桑德斯说。
在气候变化下，砷呼吸人口可能会再次增长。预计低氧区域会膨胀，预计溶解氧会在整个海洋环境中下降。
“对我来说，它只是表明我们还不知道海洋中还有多少，”罗卡普说。桑德斯最近收集了来自同一地区的更多水样，现在正试图在实验室中种植砷呼吸海洋微生物，以便更密切地研究它们。
“现在我们已经得到了基因组的点点滴滴，只是说是的，他们正在进行这种砷转化，”罗卡普说。 “下一步将整个基因组整合在一起，找出他们还能做些什么，以及这种有机体如何适应环境。”
共同作者克拉拉·福克斯曼（Clara Fuchsman）收集了样本并领导了DNA测序工作，担任华盛顿大学博士后研究科学家，现在在马里兰大学担任教职。另一位合着者是威斯康星大学海洋学研究科学家Cedar McKay。该研究由美国国家航空航天局的研究生奖学金和国家科学基金会的研究经费资助。
——文章发布于2019年5月2日
