藉助DNA測序技術，科學家革新達爾文的生命之樹

今年4月，科學家們構建了一種新的生命之樹，顯示了所有已知生物之間的進化流程。研究者們發現該生命之樹的最大分支由細菌組成。而這些細菌大多數種類都能在河床與草原的泥土中輕易獲得。

美國國立生物技術信息中心（National Center for Biotechnology Information）的尤金·V·庫寧（Eugene V. Koonin）教授發表外部觀點：「這是一個重大的發現——一片生命的新大陸。」

這篇研究報告在《自然微生物學（Nature Microbiology）》雜誌上發表。

在周一，研究者們公布的生命之樹中展現了細菌佔據了地球上的最多的生物多樣性，而半數以上的細菌還未被發現，比如 Candidate Phyla Radiation (CPR)「候選門種射線」。人類則在真核生物分支的底部。

圖：研究者們公布的生命之樹中展現了細菌佔據了地球上的最多的生物多樣性，而半數以上的細菌還未被發現，比如 Candidate Phyla Radiation (CPR)「候選門種射線」。人類則在真核生物分支的底部。

查理斯·達爾文在1859年發表的《物種起源》中將生命進化比作樹木的分支。「偉大的生命之樹啊」他說，「它枯萎死亡的分支填滿了地殼，並在地球之上結出美麗的生命果實。」

從那以後，生物學家們都在試圖描繪出生命之樹。DNA 測序技術的發明給這個項目帶來了巨大的革新，科學家們可以通過物種基因編碼來確定物種之間的聯繫。

早在20世紀70年代，來自伊利諾斯大學的微生物學家伍茲·卡爾（Carl Woese）和他的同事們就運用這項技術，提出了第一版完整的生命之樹導圖。他們認為生命之樹由三個主要分支組成。

第一分支是我們所在的真核生物分支，包括所有的動物、植物、真菌和原生動物。第二分支則包括了許多常見細菌，如大腸桿菌。第三分支，伍茲和他的同事們把稱為古生菌，包括了一些少見的能在像溫泉或無氧濕地等極端環境下生存的微生物。

想要給生命之樹添加新物種的科學家們需要面臨一項艱巨的挑戰：絕大多數的單細胞生物不能在實驗室中被培育。

學者們發明了克服這項困難的方法。他們將基因分片段從環境中抽離出來，再重新組合。

近些年來，加州大學伯克利分校的吉利安·班菲爾德（Jillian F. Banfield ）和她的同事從諸如加利福尼亞草甸和深海噴口等環境中搜集基因。他們成功搜集到了數百個新微生物物種的染色體組。

科學家們過於專註於重建新物種的基因組以至於他們忽略了這些新物種在生命之樹中應該處於什麼地位。班菲爾德博士說道：「我們從未宏觀統一的來看待這些事物。」

最近，班菲爾德博士與她的同時認為是時候重新描繪生命之樹了。他們選出了超過3，000的物種樣本，來代表生命多樣性。「我們希望儘可能的全面。」同樣參加研究的加拿大滑鐵盧大學生物學家勞拉·哈格（Laura A. Hug）說道。

研究者們調查了，包括班菲爾德和她的同事們發現的1,011種新物種在內的，2,072種已知物種的基因。

科學家們運用了超級計算機來計算的生命之樹的可能形態。最終，他們從海量可能性中找出了一種最符合已有證據的形態。令人震撼的是，所有的真核生物，從人類、花朵、到變形蟲，只是佔據了一條纖細的分支。新研究支持了之前的觀點：真核生物和古真菌是高度相似的。但是覆蓋在這些細小分支上的，是龐大的細菌譜系。

「科學家們不需要去那些極端的環境尋找新的細菌譜系。」哈格博士說道，草甸的土壤就是地球上最複雜的微生物體系。

生命之樹的一個新特徵是一條從底部就分叉出的巨大分支。細菌在這條分支中只是尺寸微小，代謝簡單的一部分。

班菲爾德博士猜測：它們從歷史的第一章開始了它們簡單的生命形態，並一直保持了有利的生存模式。

「這也許是一個最早進化的種群。」班菲爾德博士說，「他們的競爭優勢一直持續到現在。」

拉斯維加斯內華達大學的微生物學家，布瑞恩·赫德蘭（Brian P. Hedlund）發表外部觀點：研究最令人矚目的結果之一是，佔據生命之樹的絕大多數物種都是科學家無法在實驗室中培育的。「大部分生命都藏在我們眼皮子底下。」他說。

法國巴斯德研究所（ Pasteur Institute）的一位進化生物學家，帕特里克·福泰爾（Patrick Forterre）同意生命多樣性大部分由細菌組成的觀點。但是，他更關心班菲爾德博士和她的同事如何建立他們的生命之樹。他認為，從基因碎片中重組的染色體組可能是完全變形的，由不同物種基因碎片組成。他聲明：「這是個很嚴重的問題。」

班菲爾德博士預測生命之樹的細菌分支在未來多年內都不會有巨大變化，她說：「我們已經開始連續觀察到重複的結果了。」

相應的，班菲爾德博士說，她更寄希望於真核生物中，特別是像微小真菌那樣的小物種中有新的發現。她說：「我認為下一個巨大發現將會來自那裡。」

哈格博士則反對科學家們對細菌領域的判斷。「我不認為我們對細菌的研究進入了一個瓶頸期。」她說，「太多的環境需要去被研究了。」

（來源：New York Times）

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