不管是動(dòng)物、植物、真菌還是我們熟悉的原生動(dòng)物，這種生活在自己“王國”的奇怪微生物，預(yù)示著難以置信的生物多樣性尚未被新技術(shù)發(fā)現(xiàn)。

生命之樹再次長出新枝，研究人員最近在新斯科舍省的一塊土壤中發(fā)現(xiàn)了一種被稱為半鞭毛體的罕見而神秘的微生物。研究人員隨后對它的DNA進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)它既不屬于動(dòng)物、植物、真菌，也不屬于任何一種原生動(dòng)物。事實(shí)上，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了任何已知的對復(fù)雜生命形式(真核生物)進(jìn)行分類的大型類別。相反，這個(gè)揮舞著鞭毛的怪物是它自己“王國”團(tuán)體的第一個(gè)成員，這個(gè)團(tuán)體可能在至少10億年前從其他生命的大分支中分離出來。

博科園-科學(xué)科普：領(lǐng)導(dǎo)研究的達(dá)爾豪西大學(xué)(Dalhousie University)微生物學(xué)家阿拉斯泰爾·辛普森(Alastair Simpson)說：這正是我職業(yè)生涯中想要看到的結(jié)果。盡管關(guān)于半鞭毛體的發(fā)現(xiàn)本身就令人印象深刻，但它只是分類學(xué)最近悄然而穩(wěn)步增長的新發(fā)現(xiàn)之一。研究人員不僅不斷發(fā)現(xiàn)了新物種或新類別，而且還發(fā)現(xiàn)了全新的生命界，這引發(fā)了人們的疑問：它們?nèi)绾坞[藏了如此久，我們離發(fā)現(xiàn)它們有多遠(yuǎn)？亞娜·埃格利特(Yana Eglit)是達(dá)爾豪斯大學(xué)的研究生，她致力于發(fā)現(xiàn)單細(xì)胞真核生物原生生物的新譜系。2016年一個(gè)寒冷的春日，她在新斯科舍省徒步旅行時(shí)，為了把幾克泥土收納金到塑料管中，從那里摔了下來。

回到實(shí)驗(yàn)室后埃格利特把樣本浸泡在水中，在接下來的一個(gè)月里，她定期通過顯微鏡觀察樣本，尋找不尋常生命的跡象。一天傍晚，樣品中有些奇怪的東西引起了她的注意。埃格利特說：一個(gè)細(xì)長的細(xì)胞放射出鞭狀鞭毛，笨拙地游動(dòng)著，好像它沒有意識(shí)到這些鞭毛可以幫助它移動(dòng)。在一個(gè)更強(qiáng)大的范圍內(nèi)，她認(rèn)為這種生物符合半鞭毛體的描述。半鞭毛體是一種罕見的原生生物，并且難以培養(yǎng)。第二天早上，實(shí)驗(yàn)室為有描述和測序標(biāo)本的機(jī)會(huì)興奮不已，埃格利特說：我們停下了所有其他事情。半鞭毛體是拉姆斯菲爾德“已知的未知”原生系少數(shù)代表之一，這些原生系的描述得還算完整，但由于它們很難在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)和排序，因此它們在生命之樹上的位置并不完全為人所知。

原生生物學(xué)家利用半鞭毛體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來推斷它們的近親，但這些推測在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)育過程中被“槍斃”。沒有分子數(shù)據(jù)，半鞭毛體的譜系就像是未知祖先的遺孤。但單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)這一新方法徹底改變了這些研究。它使研究人員能夠?qū)σ粋€(gè)細(xì)胞的大量基因進(jìn)行排序。辛普森實(shí)驗(yàn)室的研究生戈登·拉克(Gordon Lax)是研究這種方法的專家：對于半鞭毛體這樣難于研究的生物體來說，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)可以產(chǎn)生之前為更豐富的細(xì)胞保留質(zhì)量的遺傳數(shù)據(jù)，研究人員最終可以進(jìn)行更深入的基因組比較。研究小組對300多個(gè)基因進(jìn)行了測序，烏普薩拉大學(xué)(Uppsala University)博士后研究員的勞拉·埃姆(Laura Eme)模擬了這些基因如何進(jìn)化，從而進(jìn)一步推斷半鞭毛體的分類方式。

研究人員十分希望它們屬于現(xiàn)有的超級(jí)群體之一，然而實(shí)驗(yàn)室成員卻驚訝地發(fā)現(xiàn)半鞭毛體根本不在生命之樹上，半鞭毛體代表了自身獨(dú)特的譜系，與其他六個(gè)超級(jí)群體完全不同。為了理解半鞭毛體譜系在進(jìn)化上是多么的不同，想象一下真核生物樹在你面前的地面上伸展出一條條狹窄的路徑，從腳附近的所有真核生物群落開始，在遙遠(yuǎn)的地方匯聚到我們共同的祖先的地點(diǎn)。從哺乳動(dòng)物尖端開始，沿著歷史脈絡(luò)向前，經(jīng)過我們的譜系與爬行動(dòng)物和鳥類分叉的地方，經(jīng)過魚類、海星和昆蟲的岔路口，然后再往前走，越過我們與真菌的分界線。如果你回頭看，你會(huì)發(fā)現(xiàn)你經(jīng)過的所有不同的生物都屬于六個(gè)真核超群中的一個(gè)。半鞭毛體仍然在前方，在他們自己的超級(jí)群體中，在一條沒有其他障礙物的道路上。

瑞典烏普薩拉大學(xué)（Uppsala University in Sweden）的生物學(xué)家法賓·伯基（Fabien Burki）沒有參與這項(xiàng)研究，但他對這項(xiàng)研究結(jié)果并不感到驚奇：這有點(diǎn)像在其他行星上尋找生命，當(dāng)最終找到它時(shí)，我們不會(huì)感到非常驚訝，但這將是一個(gè)巨大發(fā)現(xiàn)。伯基、辛普森、埃格利特和許多其他人認(rèn)為我們還需要發(fā)現(xiàn)更多生命之樹的分支，因?yàn)樯畼涞淖兓俣确浅？欤畼湔诒恍聰?shù)據(jù)不斷重塑，這與15或20年前完全不同。發(fā)現(xiàn)像半鞭毛體這樣獨(dú)特的譜系仍然十分罕見。但是如果你在等級(jí)制度上下降一兩個(gè)等級(jí)，到界等級(jí)，比如包括所有動(dòng)物的界等級(jí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)新的譜系大約每年就會(huì)出現(xiàn)一次。到目前這個(gè)速度并沒有逐漸放慢，如果有什么變化的話，那就是它可能正在加速。

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組等功能更強(qiáng)測序技術(shù)的可用性，是推動(dòng)真核生物尤其是已知未知群體這一趨勢的部分原因。它使研究人員能夠從單個(gè)樣本中收集有用的DNA，這些方法仍然需要熟練擁有敏銳眼光的原生動(dòng)物學(xué)家，比如埃格利特，這樣才能真正瞄準(zhǔn)我們想看的東西。宏基因組學(xué)是另一種排序方法，能夠幫助研究人員提高發(fā)現(xiàn)速度。研究人員現(xiàn)在可以冒險(xiǎn)獲取塵土樣本或從深海噴口獲取生物膜樣本，并對樣本中的一切進(jìn)行排序。問題是它通常只是一個(gè)基因的片段。對于生活在另外兩個(gè)不同于真核生物領(lǐng)域的有機(jī)體，細(xì)菌和古生菌來說，這通常足夠了。宏基因組支持了最近的重大發(fā)現(xiàn)，如阿斯加德古生菌(Asgard archaea)。阿斯加德古生菌是一門龐大的古生菌，直到大約三年前，科學(xué)界才完全了解它。但對于基因組更大、更復(fù)雜的真核生物來說，宏基因組學(xué)是一種非常廣泛的取樣方法。

它揭示了生活在環(huán)境中的多種生物，但除非你有一個(gè)更大的已知參考序列，否則很難把不同的東西放到一個(gè)進(jìn)化框架中。根據(jù)辛普森的說法，這就是為什么最近大部分真正深層的真核生物譜系都是通過“老式”方式發(fā)現(xiàn)——在實(shí)驗(yàn)室中識(shí)別出一種奇怪的原生生物，并對其進(jìn)行測序。這兩種方法互補(bǔ)，可以互相借鑒。例如半鞭毛體出現(xiàn)在以前發(fā)表的宏基因組數(shù)據(jù)庫中。我們只是無法識(shí)別它們，直到我們有了更長的半鞭毛序列來比較它們。宏基因組學(xué)可以指出未知多樣性的潛在熱點(diǎn)，更深入的測序可以使宏基因組數(shù)據(jù)更有意義。研究人員在普通和特殊環(huán)境下編目多樣性的前景充滿光明。雖然宏基因組學(xué)工具允許我們探索極端環(huán)境——比如在阿斯加德古生菌被發(fā)現(xiàn)的熱液噴口附近的沉積物，但研究人員也可以在附近地區(qū)發(fā)現(xiàn)新的譜系。

這一全新的超界譜系是一位研究生在徒步旅行時(shí)從泥土中偶然發(fā)現(xiàn)的；想象一下，如果我們能掃描地球上的每一個(gè)角落，我們將發(fā)現(xiàn)多少生物。隨著科學(xué)家們繼續(xù)將生命之樹填補(bǔ)完整，用于添加樹枝的算法只會(huì)變得更加高效。這將幫助研究人員解決生命歷史上更深更古老的分歧。伯基說：我們對生命如何展開的理解還很不完整。真核生物為何出現(xiàn)，光合作用如何進(jìn)化等問題仍未得到解答，因?yàn)槲覀儧]有一棵足夠穩(wěn)定的生命之樹，能夠準(zhǔn)確定位這些關(guān)鍵事件發(fā)生的地點(diǎn)。除了回答這些基本問題之外，發(fā)現(xiàn)這一簡單樂趣也激勵(lì)著伯基和埃格利特等研究人員，微生物世界是一個(gè)完全開放的領(lǐng)域，探索開放世界如此令人興奮。

博科園-科學(xué)科普｜參考期刊文獻(xiàn):《natural》

文：Jonathan Lambert/Quanta magazine/Quanta Newsletter

DOI：doi.org/10.1038/s41586-018-0708-8

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