一個新發(fā)現(xiàn)的古老微生物家族改變了生命樹，以及人類在其中的位置,。

洛基（Loki）是挪威神話中法力無邊的魔法師,，就連眾神也難以對付他。他住在一個神秘的城堡中,，城堡周圍環(huán)境惡劣,、妖氛彌漫。這就怪不得,，2008年一個研究小組在挪威海海底找到一組熱液噴口時,，把那個地方命名為“洛基城堡”了，因為那里同樣也是神秘而險惡的處所,。

讓人沒想到的是,，環(huán)境如此惡劣的洛基城堡里生活著一些奇怪的微生物（被稱為“洛基菌”）。這些微生物很快在生物學(xué)界挑起事端,。它們除了有助于揭示進(jìn)化史上最大的謎團(tuán)之一——復(fù)雜生命的起源,，更重要的是，洛基菌的發(fā)現(xiàn),，重新引發(fā)了一場關(guān)于生命樹的大爭論：生命樹底部到底有幾個分支,？

教科書上的三域生命樹

在生物學(xué)上，人們采用生命樹的形式來直觀描述各個物種的進(jìn)化和相互之間的關(guān)系,。生命樹從下到上,，按物種出現(xiàn)的時間排列。由于所有地球生命都擁有共同的祖先,，所以生命樹的根部就代表這個共同祖先,，然后像樹一樣不斷往上長，長出一個個枝丫,，大枝丫上又分出小枝丫,，以此來代表各個物種。

教科書會告訴你,，在35億年前,，當(dāng)細(xì)胞在地球上出現(xiàn)之后不久，生命就分化出三個分支。第一個是細(xì)菌,。第二個是古細(xì)菌,。古細(xì)菌跟細(xì)菌同樣簡單，但生活在某些極端惡劣的環(huán)境中,。第三個分支叫真核生物,。不同于細(xì)菌和古細(xì)菌，真核生物細(xì)胞內(nèi)部已經(jīng)含有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu),。所有的動植物和真菌,，都是從最早的真核生物進(jìn)化來的。

這三個分支又叫“域”,。教科書上的生命樹有三個域,，為便于區(qū)別，我們不妨稱之為“三域生命樹”,。

二域生命樹假說

不過,，在洛基菌發(fā)現(xiàn)之前，人們就對這種描述產(chǎn)生了懷疑,。早在1980年代,，在意大利的硫磺溫泉中發(fā)現(xiàn)了一種叫“泉古菌”的古細(xì)菌。雖然名為古細(xì)菌,，但它們似乎與真核細(xì)胞有著許多共同的特征,。

奇哉怪也,！在那之前,，古細(xì)菌和真核生物被認(rèn)為是截然不同的生物。

這些相似之處表明,，古細(xì)菌和真核生物在進(jìn)化上存在著密切的聯(lián)系,。這導(dǎo)致美國生物學(xué)家詹姆斯˙萊克提出生命樹的另一個版本。他認(rèn)為,，地球生命最開始進(jìn)化出兩大分支,，或者說只有兩大域：細(xì)菌和古細(xì)菌。而真核生物只是古細(xì)菌的次一級分支,。

這一說法與生物學(xué)家現(xiàn)在接受的鳥類是恐龍的進(jìn)化分支大致相當(dāng),。麻雀看起來可能不像恐龍，但嚴(yán)格說來它是恐龍的后代,。同樣,，莎士比亞或愛因斯坦似乎與生活在泥沼中的產(chǎn)烷菌（一種古細(xì)菌）沒有什么共同點——但按萊克的說法，它們都屬于古細(xì)菌域,。

很遺憾,，萊克的二域生命樹假說當(dāng)時一直沒引起人們的重視。

支持二域假說的新證據(jù)

10年前，這個假說引起英國生物學(xué)家馬丁·恩伯萊的興趣,，他想尋找更多的證據(jù),。但對生命起源的研究所面臨的一個難題是，數(shù)十億年前存在的單細(xì)胞生命早已消亡,，連痕跡都沒留下,，所以只能研究當(dāng)今的生物。

公平地說,，通過研究當(dāng)今的生物來重構(gòu)發(fā)生在35億年前的進(jìn)化事件并不容易,。考慮到在不同域的生物體之間,，DNA片段通常會發(fā)生水平遷移,，而不單單是垂直的代系遺傳，這項任務(wù)變得尤為困難,。

DNA片段的水平遷移是什么意思,？我們知道，遺傳物質(zhì)一般都是從父代傳給子代,，沿著代系垂直傳播,。比如你身上的基因，就完全來自你的父母親,。你雖然每天吃各種不同植物和動物,，但它們的基因可不會跑到你的DNA上。但對于單細(xì)胞生物,，遺傳物質(zhì)不僅可以垂直傳播,，還可以發(fā)生水平傳播。假如它們吞吃了別的微生物,，偶爾也會發(fā)生這種情況：其他生物的基因被直接整合到它們自己的DNA上——這叫基因的水平遷移,。

由于存在基因的水平遷移，你要想通過DNA追溯微生物的祖先,，就變得復(fù)雜和困難了,。但恩伯萊等人想出一個辦法。他們選擇了一些難以水平遷移的基因做研究,。例如,，有些酶對于某種微生物是如此重要，使得它無法輕易地將它的基因替換成其他微生物攜帶的基因,；因此,，負(fù)責(zé)制造這種酶的基因抵制水平遷移，只能來自代系的垂直遺傳,。

恩伯萊和他的小組分析了現(xiàn)存的細(xì)菌,、古細(xì)菌和真核生物中很難水平遷移的幾十個基因,，以找出這三組基因之間的相互關(guān)系。

研究結(jié)果強(qiáng)烈支持萊克的二域假說,。

小貼士：生物學(xué)上的分類

域是對生物最初級的分類,，在它下面還可再細(xì)分為界、門,、綱,、目、科,、屬,、種。

以現(xiàn)代人為例,，其屬于真核生物域,，動物界，脊椎動物門,，哺乳綱,，靈長目，人科,，人屬,，智人種。

尋找過渡類型

對于學(xué)者來說,，他們的眼光是很挑剔的,。比如，之前已有大量證據(jù)表明鳥類和恐龍的淵源關(guān)系,，但直到1990年代有羽恐龍化石的出現(xiàn),，才最終說服了那些不相信恐龍和鳥有聯(lián)系的人。同樣,，要想說服更多的人,，二域?qū)W說的倡導(dǎo)者也需要找到在古細(xì)菌和真核生物之間起過渡作用的物種,。雖然,，洛基菌來得正是時候。

生物學(xué)家對從洛基城堡附近海底沉積物中采集來的DNA進(jìn)行了測序,。他們發(fā)現(xiàn),，這些DNA片段一部分是古細(xì)菌共有的，但也攜帶了幾十個我們先前認(rèn)為是真核生物特有的基因,。這幾十個基因中,，有的能幫助真核生物在細(xì)胞內(nèi)用膜隔離出小室，而我們知道,，真核細(xì)胞的一個最顯著的特征是有細(xì)胞核——細(xì)胞核就是用核膜隔離出來的一個小室,。另一個重要發(fā)現(xiàn)是,，有的基因幫助真核細(xì)胞吞噬較小微生物。許多生物學(xué)家認(rèn)為,，真核生物之所以變得龐大和復(fù)雜,，是因為它們身上擁有一座“能量工廠”——線粒體。主流觀點認(rèn)為,，線粒體起源于遠(yuǎn)古時代被真核生物吞噬的細(xì)菌,。

這樣看來，洛基菌正是填補(bǔ)古細(xì)菌向真核生物進(jìn)化的過渡類型,。不過,，這樣的過渡類型生物不只有洛基菌。自2015年以來,，研究人員在世界各地,，如羅馬尼亞的湖泊、澳大利亞的層疊石,、新西蘭的熱液噴口和美國的黃石國家公園,，發(fā)現(xiàn)了更多類似洛基菌的微生物。包括洛基菌,，它們被統(tǒng)稱為阿斯加德菌（阿斯加德是挪威神話中另一個神秘人物）,。

面對這些證據(jù)，原先對雙域說持懷疑態(tài)度的研究人員也愿意承認(rèn),，洛基菌（更廣泛地說,，是阿斯加德菌）與真核生物關(guān)系密切。但他們又產(chǎn)生另一種質(zhì)疑：阿斯加德菌真的是一種古細(xì)菌嗎,？也許它們只是外表上像古細(xì)菌,，實際上卻是一個獨立的生物域呢（就像古細(xì)菌雖然與細(xì)菌外表上相似，卻分屬不同的域）,？

培養(yǎng)活的阿斯加德菌

要回答這個質(zhì)疑,，需要培養(yǎng)一種活的阿斯加德菌，以便觀察它們的特征和行為,。因為之前,，科學(xué)家并未見過一個活體，這些微生物都是通過DNA技術(shù)鑒定出來的,。但在實驗室培養(yǎng)它們殊非易事,，因為我們對它們生活習(xí)性缺乏了解。

盡管有著這樣的困難,，好消息還是不期而至,。2019年，日本一個小組宣布,，他們已經(jīng)分離并培養(yǎng)出一種從日本南部海底采集的阿斯加德菌,。他們采用希臘神話而非挪威神話,，將其命名為“普羅米修斯菌”。

在電子顯微鏡下,，普羅米修斯菌有著長長的觸手,。在遠(yuǎn)古的時候，這些觸手可能讓它的祖先能夠?qū)⑵渌⑸飻埲塍w內(nèi),，使其變成自身的一個細(xì)胞器——線粒體,，從而邁出向真核生物進(jìn)化的第一步。研究還表明,，普羅米修斯菌不能獨立生活,，只能與其他微生物群落一起生長。這種密切的合作關(guān)系也可能導(dǎo)致普羅米修斯菌的祖先吞并其它的微生物,。

不過,，“阿斯加德菌到底算不算古細(xì)菌”這個問題目前依然難以回答。沒錯,，沒有一種已知的古細(xì)菌有著像普羅米修斯菌那樣的長觸手,，似乎可以下判斷：普羅米修斯菌不是古細(xì)菌。但問題是,，普羅米修斯菌只是阿斯加德菌里的一種,，其他阿斯加德菌是不是也都長有觸手，我們不得而知,。要想回答這個問題,，還有賴于對更多阿斯加德菌的培養(yǎng)和觀察。

我們不妨設(shè)想一下未來的結(jié)果：假如阿斯加德菌是古細(xì)菌,，那么二域生命樹假說就沒什么懸念了,。這二域是細(xì)菌和古細(xì)菌，真核生物僅作為古細(xì)菌的進(jìn)化分支,。假如阿斯加德菌不屬于古細(xì)菌,，那么生命樹的三域說將依然成立，只不過此時舊瓶里已裝了新酒,，這三個域是：細(xì)菌,、古細(xì)菌和阿斯加德菌，而真核生物將以阿斯加德菌的分支的形式出現(xiàn)在生命樹上,。

不論是生命樹是二域還是三域,，看來我們都要跟一群古怪的微生物（不論古細(xì)菌還是阿斯加德菌,，都很古怪）合寫一本家譜了,。因為我們就是這支古怪枝丫上的葉子。