新しい研究によると、生命はヒ素だけでは生きられない

2 つの新しい研究によると、生命の基本的なバックボーンは揺るぎないものである。カリフォルニアの湖に生息する勇敢なバクテリアは、結局、リンの代わりに有毒物質を使用することはできない。この研究結果は、GFAJ-1 として知られるバクテリアが宇宙生物学に影響を及ぼす「奇妙な生命」であるかどうかという疑問に答えている。これらの新しい研究によると、答えは結局ノーかもしれない。

本日発表された 2 つの新しい研究は、フェリサ・ウルフ＝サイモン氏らが 2010 年 12 月に発表した物議を醸した研究を再現しようとしたものであり、この研究では細菌にヒ素の混合物を与え、リンを奪った。GFAJ-1 は、ヒ素を多く含む堆積物を含むカリフォルニア州のモノ湖で発見された。すべての生命は、酸素、炭素、水素、窒素、リン、硫黄の 6 つの元素を使用している。ヒ素は化学的にはリンに似ているが、有毒である。ウルフ＝サイモン氏の研究結果は、少なくとも 1 つの生命形態がこの傾向に逆らい、ヒ素を利用して生き延びる可能性があることを示唆している。

本日、サイエンス誌で、チューリッヒ工科大学微生物学研究所のトビアス・エルブ氏と同僚らは、細菌が確かに高ヒ酸塩・低リン酸条件下でも生育できるが、生育には少なくとも少量のリン酸が必要であることを示した。ウルフ＝サイモン氏の元の論文では、著者らは少量のリンの存在に言及していたが、細菌を維持するには少なすぎると結論付けていた。エルブ氏らによると、これは誤りである。少量のリンは細菌を生かすのに十分であった。

スイスの研究チームは、成長培地中にヒ酸ベースの化合物も発見したが、これらは非生物的に生成されたものであると結論付けた。GFAJ-1が生成したヒ酸代謝物の量は少量で、生命維持には無視できるほどだったと研究チームは述べている。

「この新たな研究は、ウルフ＝サイモン氏が研究グループのデータを解釈した方法とは反対に、GFAJ-1 が長年信じられてきた生命の法則を破っていないことを示している」と、激しい論争の渦中にこの物議を醸した論文を掲載したことで非難を浴びたScience誌は声明で述べている。同誌はその後、ウルフ＝サイモン氏の研究手法を精査した 8 つの技術的コメントを発表した。

一方、ウルフ＝サイモン氏は電子メールで、ヒ素の代謝産物の微量が、ヒ素が大量に存在する環境でも生物が生き残るのに役立つ可能性があると述べた。

「重要な疑問は、これらの細胞が致死濃度のヒ素の中でどうやって繁殖するのか、そしてヒ素はどこに行くのかということです」と彼女は語った。

この研究に一部資金を提供した NASA は、当初、この研究結果とそれが宇宙生物学に及ぼす潜在的な影響について大々的に宣伝した。この話は、結果そのものと同じくらい、その発表と大々的な宣伝によって奇妙なものとなった。トム・クラインズは、2011 年 10 月号でこの点について詳しく調査した。

また、本日、サイエンス誌はプリンストン大学のマーシャル・リーブスが率いる、ブリティッシュコロンビア大学のロージー・レッドフィールドも参加したレポートを掲載した。レッドフィールドは当初からウルフ＝サイモンの最も率直な批判者の一人だった。このチームは、ウルフ＝サイモンが主張したように、細菌のDNAにヒ素が組み込まれているかどうかの調査に乗り出した。彼らは、GFAJ-1はリン酸がないと成長できず、ヒ素は生物のDNAに共有結合していないことを発見した。

ウルフ・サイモン氏は、この疑問に本当に答えるには、さらに詳細な研究が必要かもしれないと反論する。細胞を検査のために切り開くと、ヒ素酸塩は分解するかもしれないと彼女は言う。

「これらのサイエンスの著者は、ヒ素が生体分子に取り込まれる可能性をしっかりと否定していると確信していることを明らかにしました。しかし、少量のヒ素の取り込みは見つけるのが難しく、細胞を開くと不安定になる可能性があります」と彼女は書いています。「そのため、包括的で
他のアッセイや条件との体系的な取り組み。」

レッドフィールド氏らは、GFAJ-1 は確かにヒ素に対して高い耐性を持っているが、生き残るために微量のリン酸を捕獲しながら毒に対処しているだけだと示唆している。

「最終結果は、あらゆる形態の生命にわたって保存されている基本的な生体高分子は、化学的なバックボーンの点では不変のままであるということ」とレッドフィールドらは結論付けている。

この論文は本日『サイエンス』誌に掲載される。