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)亞利桑那州立大學生物進化機制生物設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習。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)，隨著新型細胞的到來。

它被稱為LECA，是一種原始卵，其復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》雜志上的一項新研究中，維德曼及其同事(包括?？巳卮髮W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個此類基因組進行了測序，分析了以前未記錄的鞭毛。這項新技術可以幫助像Wideman這樣的科學家開始填補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)的細胞生物學家，但對該領域內許多尚未解決的問題感到沮喪，最近又加入了新興的進化細胞生物學學科。這個迅速發(fā)展的研究領域以細胞為基礎來研究進化過程，并從進化生物學中引入概念，以更好地了解細胞的工作原理。他說：“我實際上是一位細胞生物學家，想了解更多我們不知道的事情。”

進化細胞生物學是一項深入的跨學科研究，將進化論，基因組學和細胞生物學與生物化學，生物物理學和種群遺傳學的定量分支相融合。

鞭毛蟲包括許多與人類疾病有關的寄生蟲，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。作為水生生態(tài)系統(tǒng)中細菌和其他生物的主要消費者，它們有助于確保有限養(yǎng)分的循環(huán)利用。

單細胞真核生物(包括鞭毛)構成了絕大多數(shù)的真核生物多樣性，大大超過了人們熟悉的多細胞植物，動物和真菌。正如威德曼所強調的那樣，鞭毛蟲盡管在全球范圍內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教科書中通常描述的真核細胞種類明顯不同。它們從相對原始的原核生物中出現(xiàn)，標志著地球上生命史上最重大的轉變。

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)方法準確讀取其基因組是緩慢而艱苦的工作。現(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”。

威德曼說：“異養(yǎng)鞭毛是目標。” “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，鞭毛位于細胞的前部，經(jīng)常被用來拉動它們前進。像微小的乳房中風，但也涉及感覺，進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。識別鞭毛的新方法并將其與水生鄰居(主要是藻類和細菌)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行選擇性染色，并通過其高微管蛋白含量對其進行激活。(藻類細胞天然以其葉綠體為標志，而新研究中所關注的鞭毛缺乏)。

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，研究人員收集了線粒體序列數(shù)據(jù)，從而大大擴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。)

從所有復雜的生命開始，正確確定真核生物關鍵創(chuàng)新背后的事件順序，將需要對現(xiàn)有真核生物領域(尤其是鞭毛蟲)的未開發(fā)區(qū)域進行更多研究。韋德曼認為，鑒定和測序這些生物的技術的迅速發(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。