這是科幻小說的內(nèi)容，盡管沒有任何關(guān)于它的虛構(gòu)：研究人員發(fā)現(xiàn)許多以前未被識別的微生物具有使其能夠自我變異的遺傳元素。更重要的是，這些生物數(shù)量如此之多，以至于它們極大地擴展了生命之樹的多樣性。

“這些微生物可以比像大腸桿菌這樣的細菌小500倍，”加州大學(xué)圣巴巴拉分校微生物學(xué)家大衛(wèi)·瓦倫丁說。“它們也對用于識別的一些關(guān)鍵基因做了不同尋常的事情，比如將它們分成足夠小的碎片，使它們對科學(xué)監(jiān)視不可見。這與它們的超小尺寸相結(jié)合，解釋了為什么它們直到最近才被遺漏。”

為了確定這些微小的微生物 - 微小到足以通過捕獲傳統(tǒng)微生物的過濾器 - 科學(xué)家們轉(zhuǎn)向科羅拉多含水層的地下水樣本。通過分析其中的眾多基因組，他們發(fā)現(xiàn)了他們曾經(jīng)遇到過的一種不尋常的遺傳因素的普遍存在：產(chǎn)生多樣性的逆轉(zhuǎn)錄元素(DGRs)。這項新發(fā)現(xiàn)發(fā)表在“自然微生物學(xué)”雜志上。

共同作者，加州大學(xué)圣地亞哥分校地球科學(xué)系教授，博士后學(xué)者布萊爾保羅和加州大學(xué)伯克利分校，加州大學(xué)圣地亞哥分校和加州大學(xué)洛杉磯分校的共同作者，表明這些DGR活躍在最近發(fā)現(xiàn)的門的龐大譜系中：兩類古細菌 - 原始的，單細胞的，細菌樣的微生物 - 以及生物生物樹中潛在的新細菌候選物。這些新的生物類似乎不成比例地含有DGR，這使得它們能夠靶向它們自己的基因以加速突變。

主要作者保羅分析了2500多個基因組中的500多個基因組，發(fā)現(xiàn)大部分特定類型的古菌，以及與細菌密切相關(guān)的尚未特征化的門，似乎都有DGRs。事實上，許多人擁有多個DGR。

“這些微生物非常小，它們可以最大限度地減少他們編碼的信息量，因此它們可能不是完全自立的，”瓦倫丁說，他也是加州大學(xué)圣地亞哥分校海洋科學(xué)研究所的教授。“這意味著它們會以某種形式共生或寄生。如果微生物將其基因組及其細胞縮小到這種非常小的生活方式，它必須具有允許其發(fā)展新能力但也能夠排除不需要的機制的機制。 “

瓦倫丁指出，DGR機制可能允許這些生物同時做到這兩點?；蛟S，他假設(shè)，他們優(yōu)化到不再有利于變異并且必須擺脫這種能力的程度。

“DGRs在具有共生生活方式的微小細菌中相對普遍的發(fā)現(xiàn)引起了極大的興趣，因為這些元素可能有助于這些生物體中發(fā)現(xiàn)的令人難以置信的蛋白質(zhì)序列多樣性，”共同作者，地球和行星科學(xué)教授Jill Banfield說。在加州大學(xué)伯克利分校。

雖然對于DGR如何自我調(diào)節(jié)知之甚少，但科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些元素能夠指導(dǎo)和靶向特定的突變位點。通過檢查基因組中的DNA序列，研究人員看到了最近的突變活動，并通過其轉(zhuǎn)錄RNA觀察了其作用機制。

“我們能夠看到DNA突變模式的原因之一是因為數(shù)據(jù)集恢復(fù)了如此深度的基因組，我們可以看到它們內(nèi)部的變異，”保羅說。

該機制僅靶向形成核酸如DNA的基本結(jié)構(gòu)的四種不同核苷酸(A，C，G，T)中的一種。核酸合成和降解需要酶來促進任一過程。事實上，一種酶的生化偽像首先向UCSB研究者揭示了這種機制。獨特的簽名和位置以及僅A突變是該機制的標(biāo)志。

“有類似的蛋白質(zhì)不會只變異A，但容易出錯，”保羅解釋說。“我們認為這種酶同樣容易產(chǎn)生突變。”

由于科學(xué)家正在處理新的生物，他們還無法確定絕大多數(shù)多樣化蛋白質(zhì)的作用。

“一個重要的問題是這些突變是否會改變基因編碼的蛋白質(zhì)，或者它們是否意味著中斷基因本身并將其靶向基因組中去除?”保羅問道。“如果這種機制迫使突變導(dǎo)致一些基因失效，那么它可能與進化益處有關(guān)。”

“這一發(fā)現(xiàn)揭示了地球上一些最小，最常見但最不為人知的微生物的快速進化，”國家科學(xué)基金會海洋科學(xué)部的Mike Sieracki說，以及生物多樣性維度計劃的主任，研究。

“關(guān)于微生物世界的發(fā)現(xiàn)還有很多，”生物多樣性聯(lián)合主任維度的Leslie Rissler說。“這項研究提供了一個獨特機制的一瞥，這些機制可以適應(yīng)和應(yīng)對環(huán)境壓力。”