科學家發現新微生物(圖:amenic181/Shutterstock)

通過分析野外採集的大量樣本,科學家們鑒定出多種新型微生物。這些新的微生物不同於已知的任何微生物,而是形成了 20 個新的微生物門(phyla),為生命之樹增添了二十個分支。

 

實驗室培養 vs 現實世界中的微生物

微生物(microorganisms)包括兩大類,細菌(bacteria)和古細菌(archaea)。雖然他們的個體尺寸普遍較小,但微生物種類非常豐富,佔了地球上已知物種數目的很大部分。而科學家能夠在實驗室中培養並研究的微生物,只佔其種類總數的 1%-2%。

在這項研究中,澳大利亞昆士蘭大學的科學家們並沒有使用實驗室培養的微生物,而是利用了一個公共資料庫中 1500 份現實環境中採集的微生物樣本數據,進行了元基因組學*(metagenomics)分析。

根據rRNA基因繪製的系統發生學「生命之樹」。(圖:Wikipedia Tree of life詞條)

根據資料庫提供的數據,研究人員篩選出 7280 個細菌和 623 個古細菌的基因組。隨後,研究人員用電腦分析了這些 DNA 序列,構建出包含數千個微生物的基因組圖譜。分析表明,其中約三分之一屬於新發現物種,細菌和古生物基因組的進化多樣性因此增加了 30% 之多,而且新增了 17 個細菌門,3 個古細菌門。生命之樹因此再添二十個新分支。

從物種分類的角度說,「門」有多大呢?只要想一想所有長著脊索的動物——包括人、魚類和鳥類——都屬於脊索動物門(chordata),就可以意識到這項發現的重大意義了。

意義與討論

研究的領導者 Gene Tyson 說,這些微生物基因組的價值在於他們在進化上的特異性。豐富多樣的微生物基因組庫是人們進一步了解微生物的基礎。此外,所有關於遠古時期的進化事件,都需要更多的基因組和更加詳細的生命之樹來解答,例如所有物種最早的共同祖先是什麼樣子,甲烷代謝何時出現,產氧生物何時出現等。

微生物的存在對地球上所有的生命都至關重要。誠然,有的微生物會引起疾病,但有的微生物對人類健康有重要用途,如常在細菌和真菌中發現的抗生素。如果在新的微生物中發現新型抗生素,可能幫助人們製造出新的化學物質,用於工業或醫療。

專家們確信,仍有大量的微生物等待人類去發現。有的專家甚至認為,人類只發現了上萬億種微生物中的很小一部分,不過,這些微生物更有可能屬於已有的門類,不太可能像本項研究一樣,再次增添新的微生物門類。

注*:元基因組學(metagenomics),與基因組學(genomics)類似,用電腦分析大量微生物基因組,但樣本來源不依賴於實驗室培養,而是直接取自環境(如本文研究所用的樣本)。同時,元基因組的關注點更多在於由許多個體形成的整體——基因如何互相影響,共同服務於整體功能。

 

參考資料:

  1. Parks D H, Rinke C, Chuvochina M, et al. Recovery of nearly 8,000 metagenome-assembled genomes substantially expands the tree of life[J]. Nature microbiology, 2017.
  2. National Research Council (US) Committee on Metagenomics: Challenges and Functional Applications. The New Science of Metagenomics: Revealing the Secrets of Our Microbial Planet. Washington (DC): National Academies Press (US); 2007. 1, Why Metagenomics?
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