将生物的“暗物质”带到日光下

浅草

地球上的微生物（不包括病毒）被分成细菌和古细菌两类。如果翻开反映地球上所有生物谱系的“生命树”，你会发现，微生物构成了生命树上的绝大多数物种，植物和动物只占少数几个分支。

但迄今，我们只研究了微生物中的很小一部分。这是因为只有不到10%的微生物可在实验室环境中生长，其余都只能在自然环境中——不管是奶牛的肠道还是深海的热液喷口——生存。研究人员将这些迄今未知的微生物称作“生物的‘暗物质”。

然而，一项被称为“宏基因组学”的技术正把它们带到日光下。宏基因组学涉及对一个样品中的所有DNA（称作宏基因组）进行测序。由于测序之前，要先打碎一个个细胞，让里面的DNA逸出来，而在做这样处理时，完整的DNA通常会断裂成很多片段，所以测序完，当这些DNA片段的代码都储存在计算机上之后，接下去还要将这些代码拼接起来（注：不是对DNA片段本身进行拼接）。

拼接的方法是這样：因为样品中同一种微生物的个体往往有很多个，同样的DNA也就不止一条，所以现在只是断裂点不同而已。譬如，甲乙是同一种微生物、但分属不同个体的DNA片段。甲在A处断裂，B处完好;而乙则A处完好，B处断裂。那么拼接时，在A处参考乙，在B处参考甲;如果片段不止两个，依此类推;这样就能恢复出一条完整的DNA序列来。

这就像从一堆打乱的拼图块中，逐一挑选出合适的图块，拼接在一起，恢复出一个个有意义的拼图——当然，这一切都是在计算机上完成的。

一个澳大利亚研究小组最近就在做这件事情。他们分析了1500多个样品中所包含的宏基因组。这些样品采集自土壤、海洋、工业废水和狒狒的粪便。

利用大型计算机，研究人员重建出7280种细菌和623种古细菌的基因组。其中大约有三分之一是首次发现的新物种。

新发现的物种为生命树增添了20个门类。你可不要小觑这件事情。要知道在地球上，所有形态迥异的数百万种昆虫，都只属于一个门;而全部的脊椎动物，从鱼到人，也都只属于一个门。现在增加20个门，相当于一下子开辟了一片新天地。

这项研究让我们知道了这些生物“暗物质”是什么，接下去需要弄清楚它们的生活方式，以及人类如何能从中受益。

要搞清楚它们的生活方式，一种办法是在它们中寻找与已知微生物相类似的基因。譬如说，研究人员在很多新物种中，发现了一个看起来类似负责甲烷代谢的基因，于是一个合理的推测是，它们是通过代谢甲烷生存的。不过，因为许多基因组与迄今已知的全然不同，所以要弄清楚还需要花更多的时间。

微生物是抗生素的重要来源，在工业和废物处理上也有着广泛的应用：例如制造燃料和化学品，或者分解废弃塑料。我们对微生物的多样性掌握得越多，越能在它们中找到有用的东西。这是这项工作的意义所在。

生命树的扩充，也将为研究地球生命的进化提供线索。

另一个紧要的任务是，弄清楚地球上还有多少种微生物是迄今不为人知的。先前的研究估计，地球上总计约有1万亿种微生物，其中98%尚未被发现。但研究人员现在认为，1万亿这个数字可能被低估了，因为他们发现，以现有的估计手段，很容易错过许多微生物。此外，自然界中存在着那么多极端的、尚未被人探索过的环境，里面生活的微生物有很多肯定也属于全新的物种。