我們星球上的空氣，地球和水在與生物搏動。然而，存在著廣闊而多樣的生活網(wǎng)，對此幾乎一無所知。這是鞭毛蟲的世界，微小生物在世界許多不同的生態(tài)系統(tǒng)中以驚人的數(shù)量持續(xù)存在。

根據(jù)亞利桑那州立大學(xué)生物進(jìn)化機(jī)制生物設(shè)計中心的研究員杰里米·韋德曼(Jeremy Wideman)的說法，我們有很多東西要向這些精致而又千差萬別的生物學(xué)習(xí)。鞭毛蟲可能會提供令人驚訝的線索，說明可能發(fā)生在1.5億至20億年前的陰影事件(沒有人真正確定時機(jī))，隨著新型細(xì)胞的到來。

它被稱為LECA，是一種原始卵，其復(fù)雜的生命從鞭毛生物，真菌和植物，到昆蟲，斑馬和人類，都在地球上爆炸并蔓延開來。

在今天發(fā)表在《自然微生物學(xué)》雜志上的一項新研究中，維德曼及其同事(包括?？巳卮髮W(xué)的托馬斯·理查茲教授)描述了一種研究真核鞭毛生物基因組的新方法，眾所周知，這種方法很難精確定位和測序。

具體來說，他們研究了線粒體DNA的樣品，對大約100個此類基因組進(jìn)行了測序，分析了以前未記錄的鞭毛。這項新技術(shù)可以幫助像Wideman這樣的科學(xué)家開始填補(bǔ)真核生物難題的大部分空白區(qū)域，在那里鞭毛蟲的生命會蓬勃發(fā)展。

蜂窩世界

維德曼最初是一名傳統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)家，但對該領(lǐng)域內(nèi)許多尚未解決的問題感到沮喪，最近又加入了新興的進(jìn)化細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科。這個迅速發(fā)展的研究領(lǐng)域以細(xì)胞為基礎(chǔ)來研究進(jìn)化過程，并從進(jìn)化生物學(xué)中引入概念，以更好地了解細(xì)胞的工作原理。他說：“我實際上是一位細(xì)胞生物學(xué)家，想了解更多我們不知道的事情。”

進(jìn)化細(xì)胞生物學(xué)是一項深入的跨學(xué)科研究，將進(jìn)化論，基因組學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)與生物化學(xué)，生物物理學(xué)和種群遺傳學(xué)的定量分支相融合。

鞭毛蟲包括許多與人類疾病有關(guān)的寄生蟲，從腸蟲賈第蟲到更具破壞性的錐蟲和利什曼原蟲。鞭毛蟲還執(zhí)行更仁慈的任務(wù)。作為水生生態(tài)系統(tǒng)中細(xì)菌和其他生物的主要消費(fèi)者，它們有助于確保有限養(yǎng)分的循環(huán)利用。

單細(xì)胞真核生物(包括鞭毛)構(gòu)成了絕大多數(shù)的真核生物多樣性，大大超過了人們熟悉的多細(xì)胞植物，動物和真菌。正如威德曼所強(qiáng)調(diào)的那樣，鞭毛蟲盡管在全球范圍內(nèi)具有舉足輕重的地位，但仍然是生活世界中幾乎完全未知的居民，也是最神秘的動物之一。在顯微鏡下觀察時，它們通常具有科幻般的外觀與生物學(xué)教科書中通常描述的真核細(xì)胞種類明顯不同。它們從相對原始的原核生物中出現(xiàn)，標(biāo)志著地球上生命史上最重大的轉(zhuǎn)變。

威德曼說：“異養(yǎng)鞭毛蟲的新家族正在以驚人的速度被發(fā)現(xiàn)。” “在過去的兩年中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2個王國級別的血統(tǒng)(請參閱此處和此處)，這意味著十億年來一直獨立于動物和真菌而進(jìn)化的血統(tǒng)。” 然而，研究人員幾乎沒有刮過這種驚人多樣性的表面，必須采用新方法來加快探索速度。(營養(yǎng)菌是不能合成自己的食物，而是依靠其他生物來營養(yǎng)的生物。)

微生物野生動物園

任何一滴池塘，湖泊或海水都可能含有許多鞭毛蟲，但是將它們與眾多非鞭毛蟲分開并通過常規(guī)方法準(zhǔn)確讀取其基因組是緩慢而艱苦的工作?，F(xiàn)存的鞭毛蟲只有一小部分具有已知的基因組序列，甚至有可能實際上從未見過絕大多數(shù)。據(jù)韋德曼說，鞭毛生物是真核生物的“暗物質(zhì)”。

威德曼說：“異養(yǎng)鞭毛是目標(biāo)。” “它們不是血統(tǒng)。它們是來自生命之樹的許多許多血統(tǒng)。LECA，最后的真核共同祖先，是異養(yǎng)鞭毛，這意味著，每個主要的(真核生物)進(jìn)化來自某種異養(yǎng)鞭毛。”

為了獲得難以捉摸的鞭毛線粒體DNA，研究人員利用了所有鞭毛蟲共有的特征，并以它們的名字命名—鞭毛的存在，與動物精子不同，鞭毛位于細(xì)胞的前部，經(jīng)常被用來拉動它們前進(jìn)。像微小的乳房中風(fēng)，但也涉及感覺，進(jìn)食以及可能還有的其他未知功能。

鞭毛富含一種稱為微管蛋白的特殊蛋白質(zhì)。識別鞭毛的新方法并將其與水生鄰居(主要是藻類和細(xì)菌)區(qū)分開來的新方法利用了這一事實，即通過對帶有鞭毛的生物進(jìn)行選擇性染色，并通過其高微管蛋白含量對其進(jìn)行激活。(藻類細(xì)胞天然以其葉綠體為標(biāo)志，而新研究中所關(guān)注的鞭毛缺乏)。

2014年在加利福尼亞海岸附近收集的海水樣本提供了一個測試案例。使用該技術(shù)，研究人員收集了線粒體序列數(shù)據(jù)，從而大大擴(kuò)展了通過分子手段鑒定的鞭毛類目。實際上，他們使鞭毛生物的線粒體DNA庫增加了一倍。韋德曼說：“我們得到了許多許多不同種類的生物。因此，這是一個非常豐富的樣本，幾乎沒有相同的樣本。”

尋找LECA

除了生命起源的奧秘之外，關(guān)于真核生物來自何處以及如何發(fā)生LECA事件的謎題，在整個生物學(xué)中都是最重要，最令人困擾的問題。(它被稱為生活世界中心的黑洞。)

從所有復(fù)雜的生命開始，正確確定真核生物關(guān)鍵創(chuàng)新背后的事件順序，將需要對現(xiàn)有真核生物領(lǐng)域(尤其是鞭毛蟲)的未開發(fā)區(qū)域進(jìn)行更多研究。韋德曼認(rèn)為，鑒定和測序這些生物的技術(shù)的迅速發(fā)展，例如新研究中概述的一種，為希望這些問題有一天能找到答案提供希望。