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新「生命樹」繪製完成,增加的1000多個物種多數是細菌

>新「生命樹」繪製完成,增加的1000多個物種多數是細菌

新生命樹的展開視圖。新成員包括一群被稱為CPR(candidate phyla radiation)的細菌,即圖片當中的紫色部分。人類則在右下角的綠色部分之內。


如果跟蹤每一種生物的時間足夠長,你會發現它們擁有共同的祖先。1837年,達爾文首次用「生命樹」將植物、動物和細菌的「血緣關係」聯繫起來。隨著人類對物種的認識不斷豐富,生命樹也漸漸豐滿。近日,美國加州大學伯克利分校教授吉爾·班菲爾德(Jill Banfield)等科學家表示,經過15年的研究,他們新發現了1000多種新物種,大多數是細菌和被稱為古生菌的單細胞微生物,這也意味著新生命樹就此誕生。這項研究結果於4月11日發表在《自然·微生物學》雜誌(Nature Microbiology)上。


「生命樹是生物學上最重要的結構原則之一。」吉爾·班菲爾德說,「新的生命樹不僅對研究微生物生態學的生物學家有用,也對尋找新基因的生物化學家及研究進化和地球史的科學家有用。」

「細菌和古生菌組成了生物多樣性的大部分,」班菲爾德說,「這也是首個三維的基於基因組的生命樹,包含了這些野生的微生物。新物種的發現表明,大多數人類肉眼可見的生命只代表了地球上生物多樣性的很小一部分。」


達爾文之後,第一個「世界生命樹(universal tree of life)」是由美國伊利諾伊大學的卡爾·烏斯(Carl Woese)教授以及其同事在1970年代基於達爾文的方式所繪製的。烏斯教授以三大樹榦方式呈現世界上的所知物種,分別是人類所屬的真核生物,一些大腸桿菌所屬的細菌,以及古菌。


生命樹中,細枝尖端代表了今天地球上的生命,而連接到樹榦的分枝代表了彼此的進化關係。靠近樹梢的分枝表明,這些生物有一個最近的共同祖先,靠近樹榦的分枝則表明他們的祖先在遙遠的過去。


至今,生命樹已連接了世界上230萬的物種。在班菲爾德的研究結果知曉前,1000多種新增微生物「潛伏」在地球的各個角落與縫隙中。直到基因組研究後,技術的進步才讓班菲爾德等科學家可以直接搜索到這些生命形式,而不是試圖在實驗室培養皿中將它們培養出來。

新生命樹的繪製依賴於公開的基因組序列數據,新增的微生物來自不同的環境,包括人體腸道、毒廢棄物場所的泥土、黃石國家公園的溫泉、廢棄礦山的有毒水坑、智利阿塔卡馬沙漠鹽灘、陸地和濕地沉澱物、濕草土壤,甚至海豚的嘴裡。為了確定彼此親緣並構建系統樹,研究人員比較了16個核糖體蛋白質的氨基酸序列。


這些新發現的1000多種新微生物中有一半不能在培養皿中培養出來,因為它們不能獨立存活,必須寄生在其他動物或微生物體內,以寄生蟲、共生有機體或食腐動物的形式存在。


生命樹的新成員包括一群被稱為CPR(candidate phyla radiation)的細菌,它們形成了生命樹中的一個主要分枝。這群細菌包含了近一半的生物進化多樣性。班菲爾德說:「迄今為止,似乎CPR中的所有這些生物體有內共生的生活方式,或至少依賴於其他生物,獲取絕大多數的基本代謝來源。」


該項研究的共同作者布雷特· 貝克(Brett Baker)稱,「這難以置信的多樣性意味著,生物數量也是難以置信的多,我們才剛剛開始探索其內部運作,這可能會改變我們的生物學認知。」

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