生命之树又增加了一个主要分支。研究人员最近在新斯科舍省的土壤中发现了一种罕见而神秘的微生物，称为半鞭毛虫。 他们随后的 DNA 分析 表明，它既不是动物、植物、真菌，也不是任何公认的原生动物类型——事实上，它完全不属于任何已知的用于对复杂生命形式（真核生物）进行分类的大类。相反，这种挥舞鞭毛的怪异生物代表着它自己的“超界”群的第一个成员，这个群可能至少在十亿年前就从生命的其他主要分支中分离出来了。
“这是你职业生涯中希望看到一次的那种结果，”达尔豪西大学的微生物学家、该研究的负责人 阿拉斯泰尔·辛普森说。
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尽管关于半鞭毛虫的这一发现本身就令人印象深刻，但更重要的是，这只是（也是最深刻的）一个悄然且稳步增长的主要分类学新增内容的最新例证。研究人员不断发现的不仅是新的物种或类别，而且是全新的生命王国——这引发了关于它们是如何隐藏如此之久以及我们离找到所有这些王国还有多远的问题。
亚娜·埃格利特 是达尔豪西大学的一名研究生，致力于发现被称为原生生物的单细胞真核生物的新谱系。2016 年春季的一个寒冷的日子，在新斯科舍省徒步旅行时，她从朋友们身后退下，将几克泥土刮进一个塑料管中。（她说，这种即兴的土壤采样是“一种职业危害”。）回到实验室后，埃格利特将她的样本浸泡在水中，并在接下来的一个月里，她定期通过显微镜观察它，以寻找不寻常生命的迹象。
一天傍晚，样品中一些奇怪的东西引起了她的注意。埃格利特说，一个细长的细胞放射出鞭状鞭毛，“笨拙地游动着，好像它没有意识到它有所有这些可以帮助它移动的鞭毛”。在更强大的显微镜下，她看到它符合半鞭毛虫的描述，这是一种罕见的原生生物，以难以培养而闻名。第二天早上，实验室里充满了兴奋，因为有机会描述和测序该标本。“我们放下了一切，”她回忆道。
半鞭毛虫代表着少数几个拉姆斯菲尔德式的“已知的未知”原生生物谱系之一——这些群体得到了较好的描述，但它们在生命之树上的位置尚不清楚，因为它们很难在实验室中培养和测序。原生生物学家利用半鞭毛虫结构的特殊性来推断它们的近亲，但辛普森说，他们的猜测“像霰弹枪一样散布在整个系统发育树上”。在没有分子数据的情况下，像半鞭毛虫这样的谱系仍然是身世不明的孤儿。
但是，一种名为单细胞转录组学的新方法彻底改变了此类研究。它使研究人员能够从单个细胞中测序大量基因。辛普森实验室的另一位研究生戈登·拉克斯也是该方法的专家，他解释说，对于像半鞭毛虫这样难以研究的生物，单细胞转录组学可以产生以前仅为更丰富的细胞保留的质量的遗传数据，从而最终使更深入的基因组比较成为可能。
该团队测序了 300 多个基因，而劳拉·埃梅（Laura Eme）现在是乌普萨拉大学的博士后研究员，她模拟了这些基因的进化方式，以推断半鞭毛虫的分类。“我们完全期望它们会归入现有超群中的一个，”她解释说。实验室成员反而震惊地发现半鞭毛虫在生命之树上无处可归。它们代表着自己独特的谱系，与其他六个超群截然不同。
为了理解半鞭毛虫谱系在进化上有多么独特，请想象一下真核生物树在你面前的地面上展开，就像一组越来越窄的路径，这些路径从你脚趾附近所有活着的真核生物群体的位置开始，并在远方汇聚于我们共同的祖先。从我们的哺乳动物末端开始，沿着路径向下走，回到历史中，经过我们的谱系与爬行动物和鸟类分叉的地方，经过鱼类、海星和昆虫的岔路口，然后更远，超越将我们与真菌分开的分裂点。如果你转过身向后看，你经过的所有不同生物都只属于六个真核生物超群中的一个。半鞭毛虫仍然在前方，在它们自己的超群中，在一条没有其他生物占据的道路上。
法比安·伯基，瑞典乌普萨拉大学的生物学家，他没有参与这项研究，他很高兴看到这个结果，但并不完全感到惊讶。“这有点像在其他星球上寻找生命，”他说。“当我们最终找到它时，我认为我们不会感到非常惊讶，但这将是一个巨大的发现。”
伯基、辛普森、埃格利特和许多其他人也认为，我们还有更多的生命之树需要揭示，这主要是因为它的变化速度有多快。“生命之树正在被新数据重塑。它甚至与 15 或 20 年前的样子截然不同，”伯基说。“我们看到一棵树的枝干比我们想象的要多得多。”
发现像半鞭毛虫这样独特的谱系仍然相对罕见。但是，如果你在等级结构中下降一两个级别，到仅仅是界这一级别——例如，包括所有动物的那个级别——你会发现新的主要谱系大约每年出现一次。“这个速度并没有放缓，”辛普森说。“如果有什么变化，那可能是在加速。”
更强大的测序技术（如单细胞转录组学）的可用性是推动真核生物（尤其是已知的未知群体）中这一趋势的部分原因。它使研究人员能够从单个标本中收集可用的 DNA。但埃梅警告说，这些方法仍然需要像埃格利特这样有经验的原生生物学家的敏锐眼光，“以便我们能够真正瞄准我们想要观察的东西。”
另一种称为宏基因组学的测序方法可以进一步加速发现。研究人员现在可以冒险进入野外，从路径上抓取一个泥土样本或从深海喷口中抓取一个生物膜，并对样本中的所有内容进行测序。问题是，通常只是一段基因片段。对于细菌和古菌——生命的其他两个领域中与真核生物不同的生物——这通常就足够了，宏基因组学一直是最近的重大发现（如阿斯加德古菌）的幕后推手，阿斯加德古菌是一个巨大的古菌门，直到大约三年前才为科学界所知。
但是对于真核生物来说，真核生物往往具有更大、更复杂的基因组，宏基因组学是一种非常广泛的采样方式。它揭示了生活在环境中的多种类型的生物，“但是，除非你有更大的已知参考序列，否则很难将这些不同的事物放入进化框架中，”伯基说。这就是为什么，根据辛普森的说法，最近发现的大多数真正深入的真核生物谱系都是以“老式”的方式发现的，即通过在实验室中识别出一种奇怪的原生生物并将其作为测序目标。
“但是这两种方法是互补的，并且相互告知，”辛普森说。例如，现在很清楚的是，半鞭毛虫出现在以前发布的宏基因组数据库中。然而，“在我们获得更长的半鞭毛虫序列进行比较之前，我们根本无法识别它们，”他说。宏基因组学可以指出未知多样性的潜在热点，而更深入的测序可以使宏基因组数据更有意义。
对于在普通和非凡环境中编目多样性的研究人员来说，未来是光明的。虽然宏基因组学工具使我们能够探索极端环境——例如发现阿斯加德古菌的热液喷口附近的沉积物——但研究人员也可以在他们的后院找到新的谱系。“整个新的超界谱系是由一位研究生在一次远足中偶然收集了一些泥土而发现的，”伯基说。“想象一下，如果我们能够扫描地球上的每一种环境。”
埃梅表示，随着科学家们继续填充生命之树，用于添加分支的算法只会变得更加高效。这将有助于研究人员解决生命历史中更深、更古老的分裂。“我们对生命如何展开的理解仍然非常不完整，”伯基说。像真核生物为何出现或光合作用如何进化这样的问题仍然没有答案，因为“我们没有一棵足够稳定的树来精确定位这些关键事件发生的位置，”他说。
除了回答这些基本问题之外，简单的发现乐趣也激励着像伯基和埃格利特这样的研究人员。“微生物世界是一个广阔的开放前沿，”埃格利特说。“探索那里的东西真是令人兴奋。”
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