过去，要发现新的生命形式，你只需在树林里散步。现在没那么简单了。最显眼的生物早已被编目并固定在生命之树上，而那些尚未被发现的生物并不容易被发现。你可能用最好的科学仪器在同一个水坑旁待上一整天，却一无所获。
也许，当发现确实发生时，它们有时会如潮水般涌来，这并不奇怪。找到一种不同的观察方式，新的生命形式就会无处不在。
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加州大学伯克利分校的一个微生物学家团队最近发现了一种检测生命的新方法。 一举之下，他们的研究使已知的细菌类型（或门）的数量增加了近 50%，这一巨大变化表明，到目前为止，地球上有多少生命形式逃过了我们的注意。
该论文的主要作者、吉尔·班菲尔德实验室的学生克里斯·布朗说：“生命之树中的一些分支以前曾被注意到。”“通过这项研究，我们能够填补许多空白。”
生命的最细密的网
作为一种组织工具，生命之树已经存在很长时间了。拉马克有他自己的版本。达尔文有另一个版本。当前树的基本结构可以追溯到 40 年前，微生物学家卡尔·沃斯将生命分为三个域：真核生物，包括所有植物和动物；细菌；以及古细菌，具有自身独特特征的单细胞微生物。过了一段时间，发现的关键在于寻找新的搜索方法。
美国能源部联合基因组研究所所长爱德华·鲁宾说：“我们过去认为只有植物和动物。”“后来我们有了显微镜，得到了微生物。然后我们进行了小水平的 DNA 测序。”
DNA 测序是当前研究的核心，尽管研究人员的成功也归功于更基础的技术。该团队从科罗拉多州莱福镇附近的科罗拉多河上的一个研究地点采集了水样。在进行任何测序之前，他们将水通过一对越来越细的过滤器——孔径分别为 0.2 和 0.1 微米——然后分析被过滤器捕获的细胞。此时，他们手上已经有了未被发现的生命，原因很简单，科学家们之前没有想到在如此微小的尺度上寻找。
鲁宾说：“大多数人认为细菌更大，而且大多数细菌确实更大。”“[班菲尔德]已经表明，存在整个非常小的种群。”
研究人员从细胞材料中提取了 DNA，并将其送往联合基因组研究所进行测序。他们得到的是一团糟。想象一下，拿到一盒来自数千个不同拼图游戏的碎片，并且必须在不知道任何最终图像是什么样子的情况下将它们组装起来。这就是研究人员在进行宏基因组分析时面临的挑战——一次性对来自许多生物的混乱的遗传物质进行测序。
伯克利团队开始使用算法进行重新组装过程，这些算法将测序的遗传密码片段组装成稍微长一点的字符串，称为重叠群。
布朗说：“你不再拥有微小的 DNA 片段，你拥有更大的片段。”“然后你弄清楚这些较大的片段中哪些属于单个基因组。”
此过程的一部分是将重叠群组合以重建基因组序列，称为基因组分箱。为了执行它，研究人员依赖于另一组算法，该算法由该研究的合著者伊泰·莎伦为该任务定制。他们还手动组装了一些基因组，根据某些特征对于给定基因组是一致的事实，来决定将什么放在哪里。例如，G 和 C 的百分比在生物体 DNA 的任何部分都将相似。
当组装完成时，研究人员获得了 8 个完整的细菌基因组和 789 个草稿基因组，这些基因组大约完成了 90%。一些生物以前曾被瞥见；许多其他的则是全新的。
以前没有人发现这些生物的原因是，用于搜索微小生命形式的传统方法并不适用于所有生物。该方法涉及 16S rRNA 基因，它通常被比作指纹，因为其中包含的遗传密码对于每个生物都是独一无二的。当面对 DNA 混合物（例如来自莱福水样的混合物）时，科学家会使用称为引物的物质来提取和扩增所有 16S rRNA 基因。问题是，并非所有 16S rRNA 基因都与引物发生反应，导致一些生物实际上不可见。
布朗说：“引物不像人们希望的那样工作得很好。”“我们表明，我们重建的许多序列会被传统的 16S 扩增类型方法错过。”
通过重建完整或接近完整的基因组，布朗和他的合作者能够在不依赖引物的情况下定位 16S rRNA 基因并识别生物。该小组于 7 月 9 日在《自然》杂志上发表了他们的研究结果。
他们创建的更完整的基因组图谱还使他们能够梳理出他们发现的生命形式的特征。他们发现的所有生物都有非常短的基因组，大约有一百万个碱基对（相比之下，大肠杆菌大约有五百万个），而且它们都具有最小的代谢功能，需要它们利用发酵来产生能量。它们还缺少许多基本的生物合成途径，并且需要帮助才能产生核苷酸和氨基酸。
布朗说：“它们必须在某种程度上依赖其他生物才能生存。这也解释了为什么没有人能够在实验室中培养它们。”
一个新的域？
发现新的生物体相当简单明了：要么你发现了一个，要么你没有。对生物体进行编目，将它们放入生命之树中，涉及更多的判断性决定。
研究人员将 789 个生物体分为 35 个门，其中 28 个是新发现的，它们属于细菌域。他们根据生物体的进化历史以及生物体 16S rRNA 基因的密码相似性进行分类——那些至少 75% 的密码相同的生物体进入同一门。
加上这些新的成员，现在大约有 90 个已识别的细菌门。这比一年前多得多，但也远少于微生物学家估计完成完整核算后将拥有的 1300 到 1500 个门。然而，基因测序和基因组分箱的最新进展使布朗和班菲尔德感到乐观，认为我们很快就能绘制出所有这些图谱。
班菲尔德在一封电子邮件中写道：“我认为生命之树的大部分将在未来几年内呈现出来。”
当然，当我们认为自己已经看到一切时，我们很快就会想出一种新的观察方式。鲁宾认为，像新研究中使用的工具的开发使对生命的搜索成为“一个增长的产业”，并且他认为这种增长很可能以令人惊讶的方式发生。
他说：“从不同的角度观察事物可能会提供第四个域的可能性”，它与细菌、古细菌和真核生物并驾齐驱。“总会有新的东西来教给我们关于生命如何运作的基础信息。”
经量子杂志许可转载，西蒙斯基金会的编辑独立出版物，其使命是通过报道数学以及物理和生命科学的研究进展和趋势来增进公众对科学的理解。