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生命之樹再演化

2016/4/13 — 17:15

2006 / 2007 年編製的生命樹 / Wikipedia

2006 / 2007 年編製的生命樹 / Wikipedia

科學家編製新生命樹,務求增加生物學界增加對生物演化的了解,以及確保分類可以更為準確。

1859 年,英國科學家達爾文在著作《物種起源》將演化想像為一棵樹,名為生命之樹。生命之樹的分支以各種生物所組成,生物間互相關連。歷代演化生物學家將達爾文的想像,以觀察和後來發展的 DNA 測序技術慢慢展現成事實。在 100 多年後,演化生物學家 Carl Woese 首次編譜出生命之樹,將生物分類為 3 大支幹,即是三域系統真核生物古菌細菌,並為生物分類和研究提供了根基。

地球孕育了大量未知生物,而且難以在實驗室培育。要將「所有」生物找出,其中一個方法就是從環境中抽取 DNA 再作併砌。 Jillian F. Banfield 的團隊就由加州草甸 (meadow) 和深海熱泉中找出基因,並找到數以百計的新微生物。但沒有參與研究的演化生物學家 Patrick Forterre 卻質疑,由環境中所找出的 DNA 樣本可能來自幾種生物,未必能準確查出各種不同的 CPR 細菌基因,最終或令編排有所誤差。

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收集 DNA 數據後,他們對於新微生物應放的位置卻毫無頭緒。為了令生命之樹建構得更完整,演化生物科學家 Banfield 和研究人員決定重編生命樹,令我們可以增加對生物之間關連、演化過程和生物學基礎的了解。團隊以 3,083 個物種作藍本編製新生命樹:其中 2,072 種是以往已知物種,加上 Banfield 和同事們新發現的 1,011 種物種基因,利用超級電腦嘗試重新編排新的生命樹。

圖為新生命樹:上方為細菌,下方分別為真核生物和古菌 / Hug et al.

圖為新生命樹:上方為細菌,下方分別為真核生物和古菌 / Hug et al.

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Banfield 運算完成後,他們發現新生命樹圖譜中佔最多的是細菌,同時更新了去年新發現的細菌分支 Candidate Phyla Radiation (CPR) 到新生命樹中 (上圖:右上紫色的細菌)。屬於 CPR 分支裡的細菌體積細小、只有簡單新陳代謝功能,而且難以單獨生存。CPR 細菌在生命樹所佔的比例和種類,都比起真核生物與古菌的總和多。不僅如此,他們亦懷疑屬於 CPR 分支的細菌可能就是早期演化生物之一。因為屬於 CPR 分支的細菌簡單的特性,令它們可以迄立至今。

Banfield 表示,生物學家對 CPR 分支內的細菌的認識尚淺,大部份基因功能仍有待解開;也正因如此,屬於 CPR 分支的細菌基因可能是蘊含大量重要資訊的寶庫,或有利生物科技發展。

除了最新發現外,他們亦再次找到更多證據支持舊有研究:確認到真核生物與古菌兩域生物的關係,比起細菌還要接近,惟尚未清楚當中的演化歷程。可以肯定的是,重新編製生命樹會令我們了解生物多樣性的重要性之餘,更加了解到生物在演化間的關係。 

報告:

Hug, L.A., Baker, B.J., Anantharaman, K., Brown, C.T., Probst, A.J., Castelle, C.J., ... & Banfield, J.F. (2016). A new view of the tree of life. Nature Microbiology, Published Online. DOI: 10.1038/nmicrobiol.2016.48

原文:

New York Times, Scientists Unveil New 'Tree of Life', 11 April 2016

The Scientist, Branching Out, 11 April 2016

文/eh

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