GFAJ-1

GFAJ-1 سلالة من البكتيريا العصوية الشكل تنتمي إلى عائلة Halomonadaceae . وهي كائن حيّ مُحِبّ للظروف القاسية ، عُزلت من بحيرة مونو شديدة الملوحة والقلوية في شرق كاليفورنيا على يد عالمة الأحياء الجيولوجية فيليسا وولف-سيمون ، الباحثة المقيمة في وكالة ناسا لدى هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية . في دراسة نُشرت عام 2010 في مجلة ساينس ، ^{[ 1 ]} ادّعى الباحثون أن هذا الميكروب، عند حرمانه من الفوسفور ، قادر على استبدال نسبة ضئيلة من الفوسفور بالزرنيخ للحفاظ على نموه. ^{[ 2 ] [ 3 ]} فور نشر الدراسة، أبدى علماء الأحياء الدقيقة والكيمياء الحيوية شكوكًا حول هذا الادعاء، ما أثار انتقادات حادة في الأوساط العلمية. وفي دراسات مستقلة لاحقة نُشرت عام 2012، لم يُعثر على أي أثر للزرنيخ في الحمض النووي لـ GFAJ-1، ما دحض الادعاء، وأثبت أن GFAJ-1 ببساطة كائن حي مقاوم للزرنيخ ويعتمد على الفوسفات. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} تم سحب الورقة البحثية من قبل مجلة ساينس في عام 2025. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

اكتشفت عالمة الأحياء الدقيقة الجيولوجية، فيليسا وولف-سيمون ، زميلة ناسا في علم الأحياء الفلكي والمقيمة في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية في مينلو بارك، كاليفورنيا ، بكتيريا GFAJ-1. ^{[ 10 ]} يرمز GFAJ إلى "أعطوا فيليسا وظيفة". ^{[ 11 ]} عُزلت البكتيريا واستُزرعت بدءًا من عام 2009 من عينات جمعتها هي وزملاؤها من رواسب قاع بحيرة مونو ، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية. [ ^{12 ] تتميز} بحيرة مونو بملوحتها الشديدة (حوالي 90  غرام/لتر) وقلوية عالية ( الأس الهيدروجيني 9.8). ^{[ 13 ]} كما أنها تحتوي على أحد أعلى التركيزات الطبيعية للزرنيخ في العالم (200  ميكرومول ). ^{[ 1 ]} نُشر الاكتشاف على نطاق واسع في 2 ديسمبر 2010. ^{[ 2 ]}

أظهر التحليل الجزيئي القائم على تسلسل الحمض النووي الريبوزي 16S أن سلالة GFAJ-1 وثيقة الصلة ببكتيريا أخرى محبة للملوحة المعتدلة من عائلة Halomonadaceae . ورغم أن الباحثين قد وضعوا مخططًا تصنيفيًا يُظهر هذه السلالة ضمن أعضاء جنس Halomonas ، بما في ذلك H.  alkaliphila و H.  venusta ، ^{[ 14 ]} إلا أنهم لم يُصنّفوا السلالة صراحةً ضمن هذا الجنس. ^{[ 1 ] [ 12 ]} من المعروف أن العديد من البكتيريا قادرة على تحمل مستويات عالية من الزرنيخ، ولديها ميل لامتصاصه داخل خلاياها. ^{[ 1 ] [ 15 ]} ومع ذلك، فقد اقتُرح، بشكل مثير للجدل، أن سلالة GFAJ-1 تتجاوز ذلك؛ فعندما تُحرم من الفوسفور، يُقترح أنها تُدمج الزرنيخ في نواتجها الأيضية وجزيئاتها الكبيرة وتستمر في النمو. ^{[ 12 ]}

تم نشر تسلسل جينوم بكتيريا GFAJ-1 الآن في GenBank . ^{[ 16 ]}

النوع أو السلالة

في مقالة مجلة ساينس ، يُشار إلى GFAJ-1 على أنه سلالة من عائلة هالوموناداسيا وليس نوعًا جديدًا . ^{[ 1 ]} يتضمن القانون الدولي لتسمية البكتيريا ، وهو مجموعة اللوائح التي تحكم تسمية البكتيريا، وبعض المقالات في المجلة الدولية لعلم الأحياء الدقيقة المنهجي والتطوري، المبادئ التوجيهية والمعايير الدنيا لوصف نوع جديد، مثل المعايير الدنيا لوصف أحد أفراد عائلة هالوموناداسيا . ^{[ 17 ]} تُوصف الكائنات الحية بأنها أنواع جديدة إذا استوفت شروطًا فسيولوجية وجينية معينة، مثل تطابق تسلسل الحمض النووي الريبوزي 16S بنسبة أقل من 97% مع الأنواع الأخرى المعروفة ^{[ 18 ]} ، والاختلافات الأيضية التي تسمح بتمييزها. بالإضافة إلى المؤشرات التي تميز النوع الجديد عن الأنواع الأخرى، يلزم إجراء تحليلات أخرى، مثل تركيب الأحماض الدهنية ، والكينون التنفسي المستخدم، ونطاقات التحمل، وإيداع السلالة في مستودعين ميكروبيولوجيين على الأقل. تُكتب الأسماء المقترحة الجديدة بخط مائل متبوعًا بـ sp. nov. (و gen. nov. إذا كان جنسًا جديدًا وفقًا لأوصاف تلك المجموعة ). ^{[ 19 ] [ 20 ]}

في حالة السلالة GFAJ-1، لم تُستوفَ هذه المعايير، ولم يُدّعَ أنها نوع جديد. ^{[ 1 ]} عندما لا تُصنَّف سلالة ما ضمن نوع معين (مثلاً بسبب نقص البيانات أو الاختيار)، يُشار إليها عادةً باسم الجنس متبوعًا بـ "sp." (أي نوع غير مُحدَّد من ذلك الجنس) ثم اسم السلالة. في حالة GFAJ-1، اختار المؤلفون الإشارة إلى السلالة بتسميتها فقط. تشمل السلالات وثيقة الصلة بـ GFAJ-1 كلاً من Halomonas sp. GTW و Halomonas sp. G27، ولم يُوصَف أيٌّ منهما كنوع مُعترف به. ^{[ 21 ] [ 22 ]} لو صنّف المؤلفون رسميًا السلالة GFAJ-1 ضمن جنس Halomonas ، ^{[ 12 ]} لكان اسمها Halomonas sp. GFAJ-1.

حتى الإصدار R220، صنّفت قاعدة بيانات تصنيف الجينوم السلالة GFAJ-1 كنوعٍ مؤقتٍ خاصٍ بها، وهو Halomonas sp002966495 . وهذا يعني أن السلالة تندرج ضمن جنس Halomonas من الناحية التطورية، وأن تشابه جينومها الكامل مع الأنواع الأخرى المُعرّفة من هذا الجنس منخفضٌ بما يكفي. لم يتوفر جينومٌ لكلٍّ من السلالتين GTW وG27 لقاعدة البيانات لإجراء تصنيفها. في الإصدار R220، نقلت قاعدة البيانات السلالة إلى جنس Vreelandella ، وهو جنسٌ جديدٌ نُشر عام 2023 (وتم التحقق من صحته عام 2024). ^{[ 23 ]}

استُخدم وسط نمو خالٍ من الفوسفور (يحتوي فعليًا على 3.1 ± 0.3 ميكرومول من الفوسفات المتبقي، نتيجةً للشوائب الموجودة في الكواشف) لزراعة البكتيريا في نظام تعريض متزايد للأرسينات ؛ حيث رُفع المستوى الأولي البالغ 0.1 ملي مول تدريجيًا إلى 40 ملي مول. احتوت أوساط بديلة استُخدمت في التجارب المقارنة إما على مستويات عالية من الفوسفات (1.5 ملي مول) بدون أرسينات، أو لم يُضَف إليها أيٌّ من الفوسفات أو الأرسينات. لوحظ أن بكتيريا GFAJ-1 قادرة على النمو عبر عدة انقسامات في عدد الخلايا عند زراعتها في وسط يحتوي على الفوسفات أو الأرسينات، ولكنها لا تستطيع النمو عند وضعها في وسط ذي تركيبة مماثلة لم يُضَف إليه أيٌّ من الفوسفات أو الأرسينات. ^{[ 1 ]} بلغ محتوى الفوسفور في البكتيريا التي تغذت على الزرنيخ وحُرمت من الفوسفور (كما تم قياسه بواسطة مطياف الكتلة بالبلازما المقترنة حثيًا ICP-MS) 0.019 (± 0.001) % فقط من الوزن الجاف، أي ما يعادل ثلث محتوى الفوسفور عند زراعتها في وسط غني بالفوسفات. كما كان محتوى الفوسفور هذا يُعادل عُشر متوسط ​​محتوى الزرنيخ في الخلايا (0.19 ± 0.25% من الوزن الجاف). ^{[ 1 ]} يتباين محتوى الزرنيخ في الخلايا، كما تم قياسه بواسطة مطياف الكتلة بالبلازما المقترنة حثيًا ICP-MS، بشكل كبير، وقد يكون أقل من محتوى الفوسفور في بعض التجارب، وأعلى منه بأربعة عشر ضعفًا في تجارب أخرى. ^{[ 24 ]} تشير بيانات أخرى من الدراسة نفسها، تم الحصول عليها باستخدام مطياف الكتلة الأيونية الثانوية النانوية (nano- SIMS) ، إلى وجود فائض من الفوسفات (P) على الزرنيخ (As) بمقدار 75 ضعفًا تقريبًا عند التعبير عنه كنسبة P:C وAs:C، حتى في الخلايا التي نمت مع الزرنيخات دون إضافة فوسفات. ^{[ 14 ]} عند زراعة بكتيريا GFAJ-1 في محلول الزرنيخات، لم ينمُ إلا بنسبة 60% من سرعة نموه في محلول الفوسفات. ^{[ 2 ]} كان حجم الخلايا الداخلية للبكتيريا التي تعاني من نقص الفوسفات أكبر بمقدار 1.5 مرة من الحجم الطبيعي؛ ويبدو أن هذا الحجم الأكبر مرتبط بظهور مناطق كبيرة تشبه الفجوات . ^{[ 1 ]}      

تم تركيز الأحماض النووية من خلايا الطور الثابت المحرومة من الفوسفور عبر خمس عمليات استخلاص (واحدة بالفينول ، وثلاث باستخدام مزيج الفينول والكلوروفورم ، وواحدة باستخدام الكلوروفورم كمذيب استخلاص)، تلاها ترسيب بالإيثانول . على الرغم من عدم وجود دليل مباشر على دمج الزرنيخ في الجزيئات الحيوية، إلا أن قياسات النشاط الإشعاعي أشارت إلى أن ما يقارب عُشر (11.0 ± 0.1%) الزرنيخ الذي امتصته هذه البكتيريا انتهى به المطاف في الجزء الذي يحتوي على الأحماض النووية (DNA وRNA) وجميع المركبات الأخرى المترسبة معها والتي لم تُستخلص بالمعالجات السابقة. ^{[ 1 ]} لم تُجرَ تجربة تحكم مماثلة باستخدام الفوسفات الموسوم بالنظائر. مع انتشار السلالة في منتصف عام 2011، بدأت مختبرات أخرى باختبار صحة هذا الاكتشاف بشكل مستقل. بعد مواجهة مشاكل في ظروف النمو، قامت روزماري ريدفيلد من جامعة كولومبيا البريطانية بدراسة متطلبات نمو سلالة GFAJ-1، ووجدت أن السلالة تنمو بشكل أفضل على وسط أجار صلب مقارنةً بالوسط السائل. وعزت ريدفيلد ذلك إلى انخفاض مستويات البوتاسيوم، وافترضت أن مستويات البوتاسيوم في وسط ML60 الأساسي قد تكون منخفضة جدًا بحيث لا تدعم النمو. ^{[ 25 ]} بعد اكتشاف ومعالجة مشاكل أخرى (القوة الأيونية، ودرجة الحموضة، واستخدام أنابيب زجاجية بدلًا من أنابيب البولي بروبيلين)، وجدت ريدفيلد أن الزرنيخات حفزت النمو بشكل طفيف، لكنها لم تؤثر على الكثافة النهائية للمزارع، خلافًا لما زُعم. ^{[ 26 ]} ولم تجد دراسات لاحقة باستخدام مطياف الكتلة أجرتها المجموعة نفسها أي دليل على دمج الزرنيخات في الحمض النووي لسلالة GFAJ-1. ^{[ 27 ]}

استقرار إسترات الزرنيخات

من المتوقع عمومًا أن تكون إسترات الزرنيخ ، كتلك الموجودة في الحمض النووي ، أقل استقرارًا بكثير تجاه التحلل المائي من إسترات الفوسفات المقابلة لها . ^{[ 28 ]} يبلغ عمر النصف لـ dAMAs، وهو نظير الزرنيخ البنيوي لوحدة بناء الحمض النووي dAMP ، 40 دقيقة في الماء عند درجة حموضة متعادلة. ^{[ 29 ]} تشير التقديرات إلى أن عمر النصف لروابط الزرنيخ ثنائية الإستر في الماء، والتي تربط النيوكليوتيدات معًا، قصير جدًا، يصل إلى 0.06 ثانية فقط، مقارنةً بـ 30 مليون سنة لروابط الفوسفودايستر في الحمض النووي. ^{[ 30 ]} يتكهن الباحثون بأن البكتيريا قد تعمل على تثبيت إسترات الزرنيخ إلى حد ما باستخدام بولي-β-هيدروكسي بوتيرات (الذي وُجد أنه مرتفع في "مناطق شبيهة بالفجوات" لأنواع ذات صلة من جنس هالوموناس ^{[ 31 ]} ) أو وسائل أخرى لخفض التركيز الفعال للماء. ^{[ 1 ] [ 12 ]} تستخدم العديد من البكتيريا متعددات هيدروكسي بوتيرات لتخزين الطاقة والكربون في الظروف التي يحد فيها نقص العناصر الأخرى غير الكربون من نموها، وتظهر عادةً على شكل حبيبات شمعية كبيرة تشبه إلى حد كبير "المناطق الشبيهة بالفجوات" الموجودة في خلايا GFAJ-1. ^{[ 32 ]} لم يذكر الباحثون أي آلية يمكن من خلالها أن يخفض متعدد هيدروكسي بوتيرات غير القابل للذوبان التركيز الفعال للماء في السيتوبلازم بشكل كافٍ لتثبيت إسترات الزرنيخ. على الرغم من أن جميع الكائنات المحبة للملوحة يجب أن تقلل من نشاط الماء في سيتوبلازمها بطريقة ما لتجنب الجفاف، ^{[ 33 ]} إلا أن السيتوبلازم يبقى دائمًا بيئة مائية.

تعرض إعلان وكالة ناسا عن مؤتمر صحفي "سيؤثر على البحث عن أدلة على وجود حياة خارج كوكب الأرض" لانتقادات لاذعة ووصف بأنه مثير ومضلل؛ وعلقت افتتاحية في مجلة نيو ساينتست قائلة: "على الرغم من أن اكتشاف حياة فضائية، إن حدث، سيكون من أعظم الأحداث التي يمكن تخيلها، إلا أن هذا الأمر بعيد كل البعد عن ذلك". ^{[ 34 ] [ 35 ]}

بالإضافة إلى ذلك، خلص العديد من الخبراء الذين قيّموا الورقة البحثية إلى أن الدراسات المذكورة لا تُقدّم أدلة كافية لدعم ادعاءات المؤلفين. ^{[ 36 ]} وفي مقال نُشر على موقع Slate ، ناقش الكاتب العلمي كارل زيمر شكوك العديد من العلماء، قائلاً: "تواصلتُ مع اثني عشر خبيرًا... وأجمعوا تقريبًا على أن علماء ناسا لم يُقدّموا أدلة كافية لإثبات وجهة نظرهم". ^{[ 37 ] [ 38 ]} وقد أعرب الكيميائي ستيفن أ. بينر عن شكوكه في أن يكون الزرنيخ قد حلّ محل الفوسفات في الحمض النووي لهذا الكائن الحي. وأشار إلى أن الملوثات الضئيلة في وسط النمو الذي استخدمته وولف-سيمون في مزارعها المختبرية كافية لتوفير الفوسفور اللازم للحمض النووي للخلايا. ويعتقد بينر أنه من المرجح أن الزرنيخ يُخزّن في مكان آخر داخل الخلايا. ^{[ 2 ] [ 12 ]} صرّحت روزماري ريدفيلد، عالمة الأحياء الدقيقة بجامعة كولومبيا البريطانية، بأن الورقة البحثية "لا تُقدّم أي دليل مُقنع على دمج الزرنيخ في الحمض النووي أو أي جزيء بيولوجي آخر"، وأشارت إلى أن التجارب افتقرت إلى خطوات الغسل والضوابط اللازمة للتحقق من صحة استنتاجاتها. ^{[ 39 ] [ 40 ]} وقال أليكس برادلي، عالم الأحياء الدقيقة بجامعة هارفارد، إن الحمض النووي المحتوي على الزرنيخ سيكون غير مستقر للغاية في الماء لدرجة أنه لا يمكنه النجاة من عملية التحليل. ^{[ 37 ] [ 41 ]}

في 8 ديسمبر 2010، نشرت مجلة ساينس ردًا من وولف-سيمون، ذكرت فيه أن انتقادات البحث كانت متوقعة. واستجابةً لذلك، نُشرت صفحة " الأسئلة الشائعة " في 16 ديسمبر 2010 لتسهيل فهم العمل. ^{[ 42 ]} يخطط الفريق لإيداع سلالة GFAJ-1 في مجموعات ATCC و DSMZ لزراعة البكتيريا بهدف توزيعها على نطاق واسع. ^{[ 43 ]} نُشرت المقالة مطبوعةً بعد ستة أشهر من قبولها في عدد 3 يونيو 2011 من مجلة ساينس . ورافق النشر ثمانية تعليقات فنية تناولت مخاوف مختلفة بشأن الإجراء التجريبي للمقالة واستنتاجاتها، ^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]} بالإضافة إلى رد من المؤلفين على هذه المخاوف. ^{[ 53 ]} أشار رئيس التحرير بروس ألبرتس إلى أن بعض المشكلات لا تزال قائمة وأن حلها قد يستغرق وقتًا طويلاً. ^{[ 54 ]} ناقشت مراجعةٌ أجراها روزن وآخرون [ ^{55 ]} في عدد مارس 2011 من مجلة BioEssays المشكلات التقنية المتعلقة بالورقة البحثية المنشورة في مجلة Science ، وقدمت تفسيرات بديلة، وسلطت الضوء على الكيمياء الحيوية المعروفة للميكروبات الأخرى المقاومة للزرنيخ والمستخدمة له ^.

في يناير/كانون الثاني 2012، قام فريق من الباحثين بقيادة روزي ريدفيلد في جامعة كولومبيا البريطانية بتحليل الحمض النووي لـ GFAJ-1 باستخدام تقنية كروماتوغرافيا السائل - مطياف الكتلة ، ولم يتمكنوا من رصد أي أثر للزرنيخ، وهو ما وصفته ريدفيلد بأنه "دحض قاطع" لنتائج الورقة البحثية الأصلية. ^{[ 56 ]} بعد نشر التحليل، صرّحت وولف-سيمون بأنها وزملاءها "يتوقعون نشر معلومات جديدة خلال الأشهر القليلة المقبلة"، ^{[ 57 ]} ولكن حتى عام 2024، لم تُقدّم أي منشورات جديدة منذ عام 2011.

قدّم فريق من الباحثين في جامعة ميامي بولاية فلوريدا تفسيراً بسيطاً لنمو بكتيريا GFAJ-1 في وسط غذائي يحتوي على الزرنيخات بدلاً من الفوسفات. فبعد وسم ريبوسومات سلالة مخبرية من بكتيريا الإشريكية القولونية بنظائر مشعة (مكونةً متتبعاً إشعاعياً )، تابعوا نمو البكتيريا في وسط غذائي يحتوي على الزرنيخات دون الفوسفات. ووجدوا أن الزرنيخات تحفز تحللاً واسع النطاق للريبوسومات، مما يوفر كمية كافية من الفوسفات للنمو البطيء للبكتيريا المقاومة للزرنيخات. وبالمثل، يقترحون أن خلايا GFAJ-1 تنمو عن طريق إعادة تدوير الفوسفات من الريبوسومات المتحللة، بدلاً من استبداله بالزرنيخات. ^{[ 58 ]}

بعد نشر المقالات التي طعنت في استنتاجات مقالة مجلة ساينس الأصلية التي وصفت GFAJ-1 لأول مرة، جادل موقع Retraction Watch بضرورة سحب المقالة الأصلية بسبب تحريف البيانات الأساسية. ^{[ 59 ] [ 60 ]} تم سحب المقالة في عام 2025 لعدم وجود "أي دليل على سوء سلوك من جانب الباحثين". ^{[ 8 ]} اعترض المؤلفون على قرار السحب، مشيرين في رسالة رد نشرتها مجلة ساينس بالتزامن مع قرار السحب إلى اعتقادهم بأن المجلة قد تجاوزت معايير لجنة أخلاقيات النشر (COPE) المعتادة ، وأعربوا عن مخاوفهم من أن دراسات عام 2012 لم تُحاكي بدقة ظروف نمو تجربتهم. ^{[ 61 ] [ 62 ]}

• وكالة ناسا - عرض تقديمي رسمي بتاريخ 2 ديسمبر 2010 - فيديو (56:53) ومعلومات ذات صلة. - (3 ديسمبر 2010)
• NASA.gov: "بحث ممول من وكالة ناسا يكتشف وجود حياة مبنية على مواد كيميائية سامة" مؤرشف في 28 أغسطس 2011 في Wayback Machine — ( 2 ديسمبر 2010 )
• ناسا - مجلة علم الأحياء الفلكي: "البحث عن حياة فضائية على الأرض" . — (9 أكتوبر 2009)
• رابط قديم على موقع archive.today (تمت أرشفته في 4 ديسمبر 2012)