將生物的“暗物質(zhì)”帶到日光下

淺草

地球上的微生物（不包括病毒）被分成細(xì)菌和古細(xì)菌兩類。如果翻開反映地球上所有生物譜系的“生命樹”，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，微生物構(gòu)成了生命樹上的絕大多數(shù)物種，植物和動(dòng)物只占少數(shù)幾個(gè)分支。

但迄今，我們只研究了微生物中的很小一部分。這是因?yàn)橹挥胁坏?0%的微生物可在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中生長(zhǎng)，其余都只能在自然環(huán)境中——不管是奶牛的腸道還是深海的熱液噴口——生存。研究人員將這些迄今未知的微生物稱作“生物的‘暗物質(zhì)”。

然而，一項(xiàng)被稱為“宏基因組學(xué)”的技術(shù)正把它們帶到日光下。宏基因組學(xué)涉及對(duì)一個(gè)樣品中的所有DNA（稱作宏基因組）進(jìn)行測(cè)序。由于測(cè)序之前，要先打碎一個(gè)個(gè)細(xì)胞，讓里面的DNA逸出來，而在做這樣處理時(shí)，完整的DNA通常會(huì)斷裂成很多片段，所以測(cè)序完，當(dāng)這些DNA片段的代碼都儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)上之后，接下去還要將這些代碼拼接起來（注：不是對(duì)DNA片段本身進(jìn)行拼接）。

拼接的方法是這樣：因?yàn)闃悠分型环N微生物的個(gè)體往往有很多個(gè)，同樣的DNA也就不止一條，所以現(xiàn)在只是斷裂點(diǎn)不同而已。譬如，甲乙是同一種微生物、但分屬不同個(gè)體的DNA片段。甲在A處斷裂，B處完好;而乙則A處完好，B處斷裂。那么拼接時(shí)，在A處參考乙，在B處參考甲;如果片段不止兩個(gè)，依此類推;這樣就能恢復(fù)出一條完整的DNA序列來。

這就像從一堆打亂的拼圖塊中，逐一挑選出合適的圖塊，拼接在一起，恢復(fù)出一個(gè)個(gè)有意義的拼圖——當(dāng)然，這一切都是在計(jì)算機(jī)上完成的。

一個(gè)澳大利亞研究小組最近就在做這件事情。他們分析了1500多個(gè)樣品中所包含的宏基因組。這些樣品采集自土壤、海洋、工業(yè)廢水和狒狒的糞便。

利用大型計(jì)算機(jī)，研究人員重建出7280種細(xì)菌和623種古細(xì)菌的基因組。其中大約有三分之一是首次發(fā)現(xiàn)的新物種。

新發(fā)現(xiàn)的物種為生命樹增添了20個(gè)門類。你可不要小覷這件事情。要知道在地球上，所有形態(tài)迥異的數(shù)百萬種昆蟲，都只屬于一個(gè)門;而全部的脊椎動(dòng)物，從魚到人，也都只屬于一個(gè)門?，F(xiàn)在增加20個(gè)門，相當(dāng)于一下子開辟了一片新天地。

這項(xiàng)研究讓我們知道了這些生物“暗物質(zhì)”是什么，接下去需要弄清楚它們的生活方式，以及人類如何能從中受益。

要搞清楚它們的生活方式，一種辦法是在它們中尋找與已知微生物相類似的基因。譬如說，研究人員在很多新物種中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)看起來類似負(fù)責(zé)甲烷代謝的基因，于是一個(gè)合理的推測(cè)是，它們是通過代謝甲烷生存的。不過，因?yàn)樵S多基因組與迄今已知的全然不同，所以要弄清楚還需要花更多的時(shí)間。

微生物是抗生素的重要來源，在工業(yè)和廢物處理上也有著廣泛的應(yīng)用：例如制造燃料和化學(xué)品，或者分解廢棄塑料。我們對(duì)微生物的多樣性掌握得越多，越能在它們中找到有用的東西。這是這項(xiàng)工作的意義所在。

生命樹的擴(kuò)充，也將為研究地球生命的進(jìn)化提供線索。

另一個(gè)緊要的任務(wù)是，弄清楚地球上還有多少種微生物是迄今不為人知的。先前的研究估計(jì)，地球上總計(jì)約有1萬億種微生物，其中98%尚未被發(fā)現(xiàn)。但研究人員現(xiàn)在認(rèn)為，1萬億這個(gè)數(shù)字可能被低估了，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)，以現(xiàn)有的估計(jì)手段，很容易錯(cuò)過許多微生物。此外，自然界中存在著那么多極端的、尚未被人探索過的環(huán)境，里面生活的微生物有很多肯定也屬于全新的物種。