丰富的未经预料的新微生物扩展了生命之树

描绘生命如何在地球上进化和多样化的生命之树变得更加复杂。加州大学伯克利分校的研究人员在地球的角落和缝隙中发现了过去15年中发现的1000多种新型细菌和古菌，他们大大地重新调整了这棵树，以解释这些微观的新生命形式。

“生命之树是生物学中最重要的组织原则之一，”加州大学伯克利分校地球与行星科学与环境科学，政策与管理教授吉尔班菲尔德说。“新的描述不仅适用于研究微生物生态学的生物学家，也适用于寻找研究进化和地球历史的新基因和研究人员的生物学家。”

大部分微生物多样性仍然隐藏，直到基因组革命允许像Banfield这样的研究人员直接在环境中搜索它们的基因组，而不是试图在实验室培养皿中培养它们。许多微生物不能被分离和培养，因为它们不能独立生存：它们必须乞讨，借用或偷取其他动物或微生物的东西，无论是寄生虫，共生生物还是清道夫。

这棵新树将于4月11日在线发表在新的自然微生物学杂志上，再次强调我们周围的生命 - 植物，动物，人类和其他所谓的真核生物 - 占世界生物多样性的很小一部分。

“来自主要血统的细菌和古菌完全缺乏孤立的代表，构成了生命多样性的大部分，”班菲尔德说，他还在劳伦斯伯克利国家实验室任命。“这是第一个将这些无法生存的生物纳入其中的三域基因组树，它揭示了迄今为止鲜为人知的谱系的广泛范围。”

根据第一作者Laura Hug的说法，他是前加州大学伯克利分校的博士后研究员，现在加拿大安大略省滑铁卢大学的生物学系，在修订后的树上出现的1000多种新报告的生物来自各种环境，包括黄石国家公园的温泉，智利阿塔卡马沙漠的盐滩，陆地和湿地沉积物，波光粼粼的喷泉，草地土壤和海豚的嘴巴内部。所有这些新认识的生物体仅从其基因组中已知。

“在树上真正显而易见的是，这么多的多样性来自于我们真正只有基因组序列的谱系，”她说。“我们没有实验室访问它们，我们只有它们的蓝图和它们的基因组序列的代谢潜力。这就说明了我们如何思考地球上生命的多样性，以及我们认为我们所知道的微生物学。”新生命树的一个引人注目的方面是被称为“候选门轮辐射”的一组细菌形成了一个非常重要的分支。最近才认识到，并且看似仅由具有共生生活方式的细菌组成，候选门叶辐射现在似乎包含所有细菌进化多样性的大约一半。

虽然古菌与真核生物之间的关系仍然不确定，但很明显“这种树的新渲染为生命历史提供了新的视角，”班菲尔德说。

“这种令人难以置信的多样性意味着我们刚刚开始探索可能改变我们对生物学理解的内部运作的生物数量令人难以置信，”共同作者Brett Baker说，他曾是班菲尔德加州大学伯克利分校的实验室，但现在在德克萨斯大学奥斯汀分校，海洋科学研究所。

树描绘了我们今天看到的生活

1837年，查尔斯·达尔文(Charles Darwin)首先描绘了一棵生命树，因为他想方设法展示植物，动物和细菌是如何相互联系的。这个想法在19世纪扎根，枝条的尖端代表了今天地球上的生命，而将它们连接到树干的树枝暗示了这些生物之间的进化关系。在树尖附近分成两根树枝的树枝意味着这些生物体最近有一个共同的祖先，而靠近树干的分叉分支暗示着遥远过去的进化分裂。

古菌在1977年首次添加后，显示它们与细菌明显不同，尽管它们是像细菌一样的单细胞。Banfield说，由微生物学家Carl Woese于1990年发表的一棵树是“树的变形可视化”。凭借其三个领域，它仍然是当今最容易识别的领域。

随着2000年代DNA测序越来越容易，Banfield和其他人开始同时对整个生物群落进行测序，并根据他们的基因单独挑选出各个群体。这种宏基因组测序揭示了全新的细菌和古细菌群，其中许多来自极端环境，例如废弃矿井中的有毒水坑，有毒废物场所下的污垢和人体肠道。其中一些已被检测过，但对它们一无所知，因为它们在实验室培养皿中分离时无法存活。

对于这篇新论文，Banfield和Hug与十几位对新微生物进行测序的研究人员进行了合作，收集了1,011个以前未发表的基因组，以增加代表地球上主要生命家族的已知基因组序列。

她和她的团队根据16个独立的基因构建了一棵树，这些基因在细胞机器中编码称为核糖体的蛋白质，将RNA翻译成蛋白质。它们包括总共3,083种生物，每种生物中有一种可用于完全或几乎完全测序的基因组。

该分析代表了所有测序基因组中的总体多样性，产生了一种树枝，其中分枝由细菌支配，尤其是未培养的细菌。树的第二种观点通过它们彼此之间的进化距离而不是当前的分类学定义将生物分组，清楚地表明大约三分之一的生物多样性来自细菌，三分之一来自不可培养的细菌，少于三分之一来自古菌和真核生物。

“我在这棵树上看到的两个主要的主要观点是主要血统的突出，没有可培养的代表，细菌领域的巨大多样性，最重要的是候选门叶辐射的突出，”班菲尔德说。“候选门的辐射在其中具有与其他细菌相结合的多样性。”