基因的角度看细菌分类

（一）：细菌是进化的，也是可以分类的

1875年，Ferdinand J.Cohn最初创立了细菌学的时候，他就意识到，细菌跟动、植物一样，是可以进行分类的。其时，达尔文发表了《物种起源》，进化论的思想已初入人心。而进化论的主题思想有两个，第一，物种是可变的；第二，生物是进化的。那么，细菌作为一种生物物种的类型，是如何进化的呢？与动、植物所不同的是，细菌结构在结构微小，不可能像动、植物分类一样，通过挖掘远古时代活化石的方式去研究细菌的进化途径。因此，该如何对细菌进行科学的分类，却始终微生物学家所面临的一大难题。



20世纪初，在美国细菌学家David Hendricks Bergey的推动下，成立了一个组织委员会，以制定一个针对所有已知细菌的分类计划。并且，通过这个已有的分类计划，可以根据不同的标准，如革兰氏染色、形态、菌落外、以及生化反应等，对所有的细菌进行鉴定。由此可见，最初的细菌分类主要是根据细菌的相似程度进行分类描述方法，与生物进化无关。但不可否认，Bergey所倡导的分类方法，为细菌学的发展作出了巨大贡献。自1923年首次出版《伯杰氏系统细菌学手册》后，先后于1925、1930、1934、1939、1948、1957、1974出版了第2至第8版。

20世纪60年代开始，分子遗传学和分子生物学技术的迅速发展使细菌分类学进入了分子生物学时代。60年代末，Carl.R.Woese开始采用遗传物质的寡核苷酸编目法对生物进行分类，他通过比较各类生物细胞的核糖体RNA特征序列，认为16S rRNA是最合适的生化进化时钟。Woese通过基因序列分析方法，发现第三生命形式——古菌。通过对古菌的研究，Woese进一步建立了三域生命学说，并首次根据进化关系建立了包括细菌在内的所有细胞生物的系统发育树。

Woese的研究和发现，无疑具有划时代意义。首先，古菌作为能够在极端的环境中生存的原核微生物，代表着生命对环境适应能力的极限，是一种不可估量的资源财富。设想一下，将来有一天，我们需要征服火星，让火星变成一个适合人类生存的星球，那么，这些能够在极度高温、高寒、高酸性环境中生存，并能够利用甲烷等其他气体营自生生活的古菌，绝对会是火星开发的发行军。再设想一下，如果找一到了这样一种古菌，不仅能耐受极度高温、高寒，并能够利用甲烷等其他气体作为营养物质，营自养生活释放氧气，那么，人类征服宇宙，将不再是一个梦想。因此，古菌自发现之初，就备受观注，原核生物学也成为当成科学研究中最热门的话题。其次，Woese及后来的科学家通过研究发现，尽管古菌在细胞形态、大小及基因组结构方面与细菌相似，但在基因的相似性和系统发育学上，却独立成支，而且在亲缘关系上，古菌与真核生物更为密切，与细菌反而更疏远。Woese在通过对古菌、细菌、真核生物基因序列比较的基础上，建立了三域生命学说，即当前的生命包括：细菌域、古菌域、真核生物域。后来，又有人将真核生物域划分为原生生物界、真菌界、植物界、动物界，与古菌界、真核界并列形成三域六界的生物分类体系。通过生命进化之树，生命不再独立存在，生命不再孤独，而是通过系统发育关系，按域、门、纲、目、科、属、种从上到下的等级分类方法，形成了一个系统的、有机的、有联系的整体。



1994年，《伯杰氏系统细菌学手册》出版第9版。与前8版所不同的是，第9版在描述细菌表观特征、生物化学、数值分类的基础上，特别强调了DNA相关性分析，以及16S rRNA寡核苷酸序列分析在生物种群间的亲缘关系研究中的应用，细菌分类的研究开始从表观生化向系统发育进化发展。



随着酶链聚合反应（PCR）技术、基因测序技术、远程通讯技术及计算机技术的开发，人类进入到一个全新的基因时代。2000年，人类基因组DNA序列图谱完成后，科学家又开始着手绘制与人类密切的相关致病菌的基因图谱。在GenBank核酸序列数据库中，与细菌相关的核酸序列信息呈爆炸式增长。微生物学家只需要对待鉴定的细菌进行测序，就可以坐在家里，通过远程计算机系统，获取最近细菌分类及核酸序列信息，构建系统发育进化树，找到待鉴定细菌的系统发育进化的位置。


基因的视角看细菌之二：问题一箩筐

进化论的思想告诉我们：第一，物种是可变的；第二，生物是由低等向高等的次序进化的。但随着生物技术的发展，我们不妨加上第三点，物种是可人为创造的。设想了一系列关于生物分类相关的问题，不一定有标准答案，也不一定与细菌有关，但仔细思想这些问题，或许有助于我们更好地了解细菌的分类。如果有人有兴趣回答这些问题，请先不查阅资料回答。

1、狼与狗是两个不同的物种，狼与狗杂交，叫狼狗。请问狼狗是狗吗？即狼狗与狗为同一个种吗？
2、既然狼与狗是两个不同的物种，那么狼与狗杂交，可不可以是狼？可不可以叫狗狼？
3、狮与虎是两个不同的物种，雄狮与雌虎交配的产物叫狮虎；雄虎与雌狮交配的产物叫虎狮。是不是意味着，狮虎是虎，虎狮是狮？
4、鸡与鸭交配，能得到受精卵的鸡蛋吗？如果可以，公鸡与母鸭交配孵出来的“小鸟”，是不是可以叫做鸡鸭？公鸭与母鸡交配孵出来的“小鸟”，是不是可以叫做鸭鸡？
5、如果雄狮与雌虎交配的产物狮虎，既不属于狮，也不属于虎，而是一个新物种；雄虎与雌狮交配的产物虎狮，既不属于虎，也不属于狮，而是一个新物种；那狮虎与虎狮呢？是一个物种还是两个物种？两个相同的物种交配后，可以得到两个以上的不同物种吗？
6、人与猿的全基因序列相似度达99%以上，是不是意味着人与猿在基因的角度上，是同一个物种？
7、人是古猿经过漫长的历史过程，经由类人猿演化而来的。请问从物种的角度上说，类人猿与古猿是同一个物种吗？人、古猿、类人猿总共包含多少个不同的物种。
8、如果人、猿、与类人猿的全基因序列相似度均在99%以上，我们可不可以根据基因的相似度，把人、猿、与类人猿定义为同一个种，并设立为不同的亚种？
9、尽管人由古猿经过一个漫长的历史过程中进化而来的，那么在地球的某个时期，会不会出现人、古猿、类人猿同时并存的情况？
10、已知菌A是由菌B经由菌C进化而来，有不有可能在某一年的某一天，同时分离到菌A、菌B、菌C三种细菌？
11、发现经菌A、菌B、菌C三种新细菌。经测序，菌A、菌B、菌C全基因序列相似度均在99%以上，且经过他资料，可推算，菌A是由菌B经由菌C进化而来。但形态特型、致病能力具有典型的差异，且菌A的致病能力特别强，菌C致病能力相对较弱，分布范围最广泛。如果把菌A、菌B、菌C分类为同一个种，那我们是应该选取致病能力最强的菌A选为模式菌种，还是应该把分布范围最广的菌C选为模式菌种。
12、尽管菌A、菌B、菌C全基因序列相似度均在99%以上，但为了特别区分菌A，可不可以把致病能力最强、临床意义最大的菌A单独定义为一个种，菌B、菌C定义为另一种。
13、菌A、菌B、菌C是否有可能被定义为三个不同的菌种?
14、菌A、菌B、菌C是否有可能被定义为三个不同的菌属?
15、你研究得最多、且最熟悉的细菌是什么？请问你知道研究得最多、且最熟悉的这个细菌属于哪个域、哪个门、哪个纲、哪个科吗？
16、我们都知道，人是高等生物，那细菌呢？哪些细菌属于高等细菌的范畴？
17、请对比人类等高等生物与低等生物的特点，在自养与异养的角度上，推断高等细菌与低等细菌的特点？
18、请根据地球形成初期的气候特征，推断低等细菌的特点？
19、大肠埃希氏菌是高等细菌吗？为什么？
20、嗜热脂肪芽胞杆菌与大肠埃希氏菌相比，是高等生物吗？为什么？
21、你所知道的沙门菌属有多少个种？请随便列举三个以上的沙门氏种。
22、欧洲人、亚洲人、非洲人、美洲人，可以定义为不同的物种吗？为什么在布鲁氏菌属中，明明16S rRNA相似度为100%，却根据不同的分离来源，分为羊布鲁氏菌、牛布鲁氏菌等不同的菌种？这种命名方式科学吗？
23、有一株低致病性的大肠埃希氏菌，送到外太空中，传代1000次，回到地球后，其毒力增强百万倍，并能稳定遗传，那么，从太空返回的“大肠埃希氏菌”还是大肠埃希氏菌吗？可不可以认为是新物种？

话题很新颖，转来

转自：丁香园 返回小木虫查看更多