砷对大多数生物来说是致命的毒物，但新的研究表明，在太平洋的一个大区域，微生物正在呼吸砷。华盛顿大学的一个团队发现，一种古老的生存策略仍在低氧的海洋环境中使用。
第一作者Jaclyn Saunders表示：“将砷视为不仅仅是坏角色，而且是有益的，这重塑了我对这种元素的看法。”她在华盛顿大学攻读博士学位时进行了这项研究，现在在伍兹霍尔海洋研究所和麻省理工学院担任博士后研究员。
这项研究本周发表在《美国国家科学院院刊》上。
华盛顿大学海洋学教授Gabrielle Rocap说：“我们早就知道海洋中砷的含量非常低。但生物可能利用砷来生存的想法——这是开阔海洋的一种全新代谢方式。”
研究人员分析了从表面以下几乎没有氧气的区域采集的海水样本，迫使生物寻找其他策略。这些区域可能会在气候变化下扩大。
Rocap说：“在海洋的某些部分，有一层没有可测量氧气的‘水三明治’。这些区域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或硫。但Saunders的早期调查表明砷也可能起作用，促使她寻找证据。
该团队分析了2012年在墨西哥海岸外的太平洋热带地区进行的研究巡航中收集的样本。从海水中提取的DNA的基因分析发现了两种已知的将砷基分子转化为获取能量的方式的基因途径。作者认为，这些途径发生在两种生物中，它们在不同形式的砷之间循环。
结果表明，呼吸砷的微生物在这些水域的微生物种群中占比不到1%。在水中发现的微生物可能与在温泉或受污染的陆地站点发现的呼吸砷的微生物有远亲关系。
Saunders说：“我认为这些海洋中存在的呼吸砷的微生物最酷的事情是，它们在砷含量相当低的环境中表达相关基因。这为我们在其他砷含量低的环境中寻找呼吸砷的生物开辟了界限。”
生物学家认为，这种策略是地球早期历史的遗留物。在生命在地球上出现的时期，空气和海洋中的氧气都很稀少。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，地球大气中的氧气才变得丰富。
早期的生命形式必须使用其他元素（如砷）来获取能量，当时海洋中的砷可能更为常见。
Saunders说：“我们发现了仍然存在的途径的基因特征，这些是过去海洋的遗迹，一直保持到今天。”
在气候变化下，呼吸砷的种群可能会再次增长。预计低氧区域将扩大，溶解氧在整个海洋环境中预计会下降。
Rocap说：“对我来说，这表明海洋中还有多少是我们不知道的。”Saunders最近从同一区域收集了更多的水样，现在正在实验室中尝试培养呼吸砷的海洋微生物，以便更密切地研究它们。
Rocap说：“现在我们有一些它们的基因组片段，足以说它们正在进行这种砷转化。下一步将是拼凑出一个完整的基因组，找出它们还能做什么，以及该生物如何适应环境。”